ES2998031T3 - Battery management system - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un sistema de gestión de baterías (BMS) para acumuladores, pudiendo las baterías estar constituidas por un único elemento o varios elementos únicos que pueden estar dispuestos en un conjunto modular y conectados en serie o en paralelo, y por un dispositivo de desconexión electromagnético o electrónico conectado, por una parte, a al menos un polo de una celda y, por otra parte, a un borne de la misma polaridad de un conjunto modular o de una batería, comprendiendo el BMS al menos un único dispositivo de detección de descargas profundas, descargas por sobrecorriente y descargas por cortocircuito mediante medición de la tensión en los bornes de la batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The invention relates to a battery management system (BMS) for accumulators, the batteries being able to consist of a single element or several single elements that can be arranged in a modular assembly and connected in series or in parallel, and by an electromagnetic or electronic disconnection device connected, on the one hand, to at least one pole of a cell and, on the other hand, to a terminal of the same polarity of a modular assembly or of a battery, the BMS comprising at least a single device for detecting deep discharges, overcurrent discharges and short-circuit discharges by measuring the voltage at the battery terminals. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Sistema de gestión de baterías Battery management system
Campo técnico de la invenciónTechnical field of the invention
La presente invención se refiere al campo de las baterías de litio para acumuladores y, en particular, a la protección de dichas baterías. The present invention relates to the field of lithium batteries for accumulators and, in particular, to the protection of said batteries.
Estado de la técnica anteriorState of the art
Las baterías acumuladoras están compuestas por elementos electroquímicos que se pueden conectar en serie o en paralelo, para obtener el voltaje y la corriente necesarios. Storage batteries are composed of electrochemical elements that can be connected in series or parallel to obtain the necessary voltage and current.
Las baterías actuales, por ejemplo, y sin carácter limitativo, las destinadas al sector de la aviación, que utilizan plomo o níquel-cadmio, tienen una gran masa, una corta vida útil y una alta autodescarga, y requieren mantenimiento regular. Sin embargo, debido a su baja densidad de energía, presentan poco riesgo de sobrecalentamiento e incendio. A menudo, un fusible o un disyuntor es suficiente para proporcionar protección contra los cortocircuitos. Current batteries, for example, but not limited to those used in the aviation sector, which use lead or nickel-cadmium, have a high mass, short lifespan, and high self-discharge, and require regular maintenance. However, due to their low energy density, they pose little risk of overheating and fire. Often, a fuse or circuit breaker is sufficient to provide protection against short circuits.
En caso de cortocircuito o sobrecorriente, es necesario desconectar la batería para evitar dañarla y evitar un calentamiento excesivo de la batería o de sus cables de conexión. In the event of a short circuit or overcurrent, it is necessary to disconnect the battery to avoid damaging it and preventing excessive heating of the battery or its connecting cables.
Las baterías de litio también requieren circuitos de protección contra sobrecorrientes y cortocircuitos. Generalmente, se utilizan disyuntores o fusibles electromecánicos, o circuitos electrónicos que miden la corriente y controlan un dispositivo de conmutación. Sin embargo, medir una corriente no es sencillo. Lithium batteries also require protection circuits against overcurrents and short circuits. Typically, these circuits use electromechanical circuit breakers or fuses, or electronic circuits that measure current and control a switching device. However, measuring current is not straightforward.
Existen varios métodos de medición de corriente (por derivación, medición magnética o por efecto térmico). There are several methods of current measurement (by shunt, magnetic measurement or by thermal effect).
En particular, se conoce el documento US-2019/302190 A1, que describe un sistema electrónico de baja potencia para medir tanto la medición de la carga de una batería como la detección de sobrecorrientes. El sistema electrónico comprende un circuito de medición que mide el voltaje de una batería, un circuito de interfaz que transmite la información del voltaje de una batería a un dispositivo de procesamiento, y un circuito de control. El circuito de medición comprende un contador y un puente divisor de tensión colocados en paralelo con la batería, y cuya relación de división se determina por un valor del contador. El circuito de medición también comprende un comparador que compara un voltaje de salida del circuito de resistencia con un voltaje de referencia. Cuando se corta el suministro de energía al dispositivo de procesamiento, el contador establece el valor de recuento a un valor fijo, y el circuito de control protege la batería en base al resultado de la comparación del comparador. In particular, document US-2019/302190 A1 is known, which describes a low-power electronic system for measuring both the charge measurement of a battery and the detection of overcurrents. The electronic system comprises a measuring circuit that measures the voltage of a battery, an interface circuit that transmits the battery voltage information to a processing device, and a control circuit. The measuring circuit comprises a counter and a voltage divider bridge placed in parallel with the battery, and whose division ratio is determined by a counter value. The measuring circuit also comprises a comparator that compares an output voltage of the resistance circuit with a reference voltage. When the power supply to the processing device is cut off, the counter sets the count value to a fixed value, and the control circuit protects the battery based on the comparator's comparison result.
También se conoce el documento WO 2007/086971 A1, que describe un dispositivo para monitorizar una batería recargable, comprendiendo el dispositivo de monitorización al menos un interruptor de interrupción de corriente para interrumpir la corriente que fluye a través de al menos una celda asociada, y una pluralidad de unidades de monitorización para detectar el voltaje de la celda. Cada unidad de monitorización está asociada a una sola celda, y comprende una unidad de voltaje de referencia para producir un voltaje umbral de referencia definida, y una unidad de comparación de voltaje para comparar el voltaje umbral de referencia con un voltaje de celda parcial de la celda asociada. La unidad de voltaje de referencia se alimenta eléctricamente a partir del voltaje de la celda asociada, y la unidad de comparación de voltaje está acoplada a al menos un interruptor de interrupción de corriente para interrumpir la corriente que fluye a través de la celda asociada. Also known is document WO 2007/086971 A1, which describes a device for monitoring a rechargeable battery, the monitoring device comprising at least one current interruption switch for interrupting the current flowing through at least one associated cell, and a plurality of monitoring units for detecting the cell voltage. Each monitoring unit is associated with a single cell, and comprises a reference voltage unit for producing a defined reference threshold voltage, and a voltage comparison unit for comparing the reference threshold voltage with a partial cell voltage of the associated cell. The reference voltage unit is electrically powered from the voltage of the associated cell, and the voltage comparison unit is coupled to at least one current interruption switch for interrupting the current flowing through the associated cell.
Sin embargo, estos métodos de medición pueden implicar un consumo elevado, lo que puede requerir el uso de un modo “ en espera” y un modo “ activo” . Además, esto es poco compatible con la protección contra cortocircuitos, que pueden ocurrir en cualquier momento. However, these measurement methods can involve high power consumption, which may require the use of both a "standby" mode and an "active" mode. Furthermore, this is poorly compatible with short-circuit protection, which can occur at any time.
Adicionalmente, la batería de arranque de un motor térmico debe suministrar una corriente muy alta durante unos segundos a unas pocas decenas de segundos. Por lo tanto, la corriente del disyuntor (dispositivo de conmutación) debe ajustarse a un valor bastante alto, del orden de la mitad de la corriente de cortocircuito (la potencia máxima suministrada por una batería se alcanza cuando el voltaje es la mitad del voltaje de circuito abierto, y la corriente es la mitad de la corriente de cortocircuito). Con el envejecimiento o a bajas temperaturas, aumenta la resistencia interna de las celdas de la batería, por lo que la corriente de cortocircuito disminuye. Es posible que esta corriente llegue a ser inferior a la corriente de desconexión. En este caso, la protección ya no está asegurada. El uso en estas condiciones puede provocar una descarga completa de la batería en su resistencia interna, ocasionando un fuerte sobrecalentamiento y posteriormente un incendio. Additionally, the starter battery of a combustion engine must supply a very high current for a few seconds to a few tens of seconds. Therefore, the circuit breaker current (switching device) must be set to a fairly high value, on the order of half the short-circuit current (the maximum power supplied by a battery is reached when the voltage is half the open-circuit voltage, and the current is half the short-circuit current). With aging or at low temperatures, the internal resistance of the battery cells increases, so the short-circuit current decreases. This current may fall below the disconnection current. In this case, protection is no longer guaranteed. Use under these conditions can cause the battery to completely discharge its internal resistance, resulting in severe overheating and, subsequently, a fire.
Finalmente, por ejemplo, y sin limitación, una batería no modular de 17 Ah puede suministrar una corriente de cortocircuito de más de 2000 A. Por lo tanto, el dispositivo de corte que asegura la desconexión de la batería de su circuito de utilización, debe poder soportar esta corriente. Los semiconductores que pueden soportar esta corriente no son comunes y, en la práctica, varios componentes de menor corriente se conectan en paralelo. El equilibrio de las corrientes es muy difícil de lograr, lo que requiere sobredimensionar los componentes. Medir una corriente de 2000 A también plantea problemas de compromiso entre la precisión y el consumo estático. Finally, for example, and without limitation, a non-modular 17 Ah battery can supply a short-circuit current of over 2000 A. Therefore, the disconnecting device that disconnects the battery from its operating circuit must be able to withstand this current. Semiconductors capable of withstanding this current are rare, and in practice, several lower-current components are connected in parallel. Current balancing is very difficult to achieve, requiring oversizing of components. Measuring a current of 2000 A also poses trade-offs between accuracy and static consumption.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
La presente invención tiene como objetivo superar ciertos inconvenientes de la técnica anterior, proponiendo un método para detectar condiciones anormales y un sistema de gestión de baterías de litio que sea simple, fiable y fácilmente adaptable a diferentes intensidades y voltajes para elementos individuales o modulares. The present invention aims to overcome certain drawbacks of the prior art by proposing a method for detecting abnormal conditions and a lithium battery management system that is simple, reliable, and easily adaptable to different currents and voltages for individual or modular elements.
Un objetivo de la invención es permitir que el método detecte las condiciones de descarga profunda, de descarga de cortocircuito y de descarga de sobrecorriente de las baterías de litio, sin pasar por una medición de corriente. An objective of the invention is to enable the method to detect deep discharge, short-circuit discharge and overcurrent discharge conditions of lithium batteries, without going through a current measurement.
Este objetivo se logra mediante un método para detectar condiciones operativas anormales (descargas profundas, descargas de sobrecorriente y descargas de cortocircuito) de un elemento individual de batería o de una pluralidad de elementos individuales, que comprende los siguientes pasos: This objective is achieved by a method for detecting abnormal operating conditions (deep discharges, overcurrent discharges and short-circuit discharges) of an individual battery cell or a plurality of individual cells, comprising the following steps:
Muestreo, en el punto común de al menos dos resistencias de un puente divisor con al menos dos resistencias, de al menos un voltaje proporcional al voltaje en los terminales del elemento individual o del conjunto de elementos individuales; Sampling, at the common point of at least two resistors of a divider bridge with at least two resistors, of at least one voltage proportional to the voltage at the terminals of the individual element or of the set of individual elements;
comparar el voltaje detectado con un umbral de referencia; compare the detected voltage with a reference threshold;
dicha comparación con dicho umbral de referencia active la implementación de: This comparison with the reference threshold triggers the implementation of:
una evaluación de la evolución futura mediante una integral, evaluada de forma analógica o digital; an assessment of future developments by means of an integral, evaluated analogically or digitally;
una comparación de esta evaluación con un umbral de volt de detección Td a partir del cual se lleva a cabo una desconexión del elemento único o del conjunto de elementos individuales monitorizados con respecto, al menos, a los terminales de la batería. a comparison of this evaluation with a detection volt threshold Td from which a disconnection of the single element or the set of individual elements monitored with respect to at least the battery terminals is carried out.
Según otra característica, el paso de evaluación por integral digital comprende: According to another feature, the digital integral evaluation step includes:
pasos para calcular la pendiente de evolución (P) de la curva de voltaje utilizando al menos dos mediciones realizadas al menos un paso de comparación de la pendiente calculada con un valor de “ RapidThreshold” (Umbral rápido) almacenado, es decir, si la pendiente supera el valor de “ RapidThreshold” , aplicar un coeficiente de ponderación que aumente la aceleración de la evolución de la integral de modo que cruce más rápidamente el umbral de voltaje Td de activación, o si no se supera, un coeficiente de ponderación sin efecto de aceleración. steps for calculating the slope of evolution (P) of the voltage curve using at least two measurements taken at least one step of comparing the calculated slope with a stored “RapidThreshold” value, i.e. if the slope exceeds the “RapidThreshold” value, applying a weighting coefficient that increases the acceleration of the evolution of the integral so that it crosses the activation voltage threshold Td more quickly, or if it is not exceeded, a weighting coefficient with no acceleration effect.
Otro objetivo es permitir que el sistema de gestión monitorice las condiciones de descarga profunda, de descarga de cortocircuito y de descarga de sobrecorriente de las baterías de litio, sin pasar por una medición de corriente. Another objective is to allow the management system to monitor deep discharge, short-circuit discharge, and overcurrent discharge conditions of lithium batteries, without having to go through current measurement.
Este objetivo se logra mediante un sistema de gestión de baterías (BMS, por sus siglas en inglés) para acumuladores, pudiendo dichas baterías estar constituidas por un elemento individual o por varios elementos individuales que pueden disponerse en un conjunto modular y conectarse en serie, en paralelo o en una pluralidad de conjuntos modulares en serie asociados en paralelo para formar una batería; dicho sistema comprende medios adecuados para llevar a cabo los pasos de un método de detección según la invención. This objective is achieved by a battery management system (BMS) for accumulators, said batteries being able to consist of a single element or of several individual elements that can be arranged in a modular assembly and connected in series, in parallel, or in a plurality of modular assemblies in series connected in parallel to form a battery; said system comprising suitable means for carrying out the steps of a detection method according to the invention.
Según otra característica, el sistema de gestión de baterías (BMS) comprende al menos: According to another feature, the battery management system (BMS) comprises at least:
un puente divisor de voltaje con al menos dos resistencias, para muestrear al menos un voltaje proporcional al voltaje en los terminales del elemento único o del conjunto de elementos individuales de la batería, a voltage divider bridge with at least two resistors, to sample at least one voltage proportional to the voltage at the terminals of the single cell or the set of individual cells of the battery,
un dispositivo de detección para detectar condiciones anormales, a detection device for detecting abnormal conditions,
un dispositivo de desconexión, a disconnect device,
dicho dispositivo de detección se comunica con el dispositivo de desconexión para activarlo en caso de detección de condiciones anormales, pudiendo dicho dispositivo de desconexión conectarse a la batería y comprendiendo al menos dos MOSFET. said detection device communicates with the disconnection device to activate it in case of detection of abnormal conditions, said disconnection device being able to be connected to the battery and comprising at least two MOSFETs.
Otro objetivo es proponer una solución digital para un dispositivo de detección. Another objective is to propose a digital solution for a detection device.
Este objetivo se logra mediante el sistema de gestión de baterías (BMS) para acumuladores según la invención, que comprende un microprocesador equipado con al menos una memoria de almacenamiento que permite almacenar al menos una variable umbral de “ Refintegration” y un valor de voltaje de detección T d almacenado; la memoria también contiene el programa ejecutado por el microprocesador, permitiendo recopilar los puntos de la curva de voltaje, las comparaciones y decisiones, permitiendo la implementación de las ecuaciones la integración, recibiendo el microprocesador como entrada el voltaje V<global>que proviene del punto común del puente divisor entre una resistencia R1 y una resistencia R2, y almacenando las mediciones según una frecuencia determinada para observar la curva de voltaje V<global>, y compara los valores de la curva de voltaje V<global>con el valor de “ Refintegration” , posteriormente, cuando se detecte un cruce del umbral de “ Refintegration” , definiéndose dicho umbral por el valor almacenado en la memoria, activando los cálculos de integración de la curva V<global>, y comparando los valores de la curva de integración (V<integ.>) calculada con un valor de voltaje de detección Td almacenado para activar el dispositivo de desconexión que efectúe el corte. This objective is achieved by the battery management system (BMS) for accumulators according to the invention, which comprises a microprocessor equipped with at least one storage memory allowing to store at least one threshold variable of “Refintegration” and a stored detection voltage value T d; the memory also contains the program executed by the microprocessor, allowing to collect the points of the voltage curve, the comparisons and decisions, allowing the implementation of the integration equations, the microprocessor receiving as input the voltage V<global> that comes from the common point of the divider bridge between a resistance R1 and a resistance R2, and storing the measurements according to a determined frequency to observe the voltage curve V<global>, and compares the values of the voltage curve V<global> with the value of “Refintegration”, subsequently, when a crossing of the “Refintegration” threshold is detected, said threshold being defined by the value stored in the memory, activating the integration calculations of the V<global> curve, and comparing the values of the integration curve (V<integ.>) calculated with a stored detection voltage value Td to activate the disconnection device that performs the cut.
Según otra característica, la memoria de almacenamiento del microprocesador también comprende el valor de una variable “ RapidThreshold” almacenada a fin de determinar, comparando la variación dV del voltaje V<global>entre dos instantes sucesivos t1 y t2, con el “ RapidThreshold” , si el cálculo de la integral de la curva de voltaje V<global>debe tener en cuenta o no un coeficiente de ponderación. According to another feature, the microprocessor's storage memory also comprises the value of a variable “RapidThreshold” stored in order to determine, by comparing the variation dV of the voltage V<global> between two successive instants t1 and t2, with the “RapidThreshold”, whether the calculation of the integral of the voltage curve V<global> must take into account a weighting coefficient or not.
Según otra característica, el cálculo de la integral comprende tener en cuenta las variables de “ Pendiente y/u Ordenada” calculadas por el microprocesador a partir de los datos de la curva de voltaje V<global>registrada. According to another feature, the calculation of the integral includes taking into account the variables of “Slope and/or Ordinance” calculated by the microprocessor from the data of the recorded voltage curve V<global>.
Otro objetivo es proponer una solución analógica para un dispositivo de detección. Another objective is to propose an analog solution for a detection device.
Este objetivo se logra mediante el sistema de gestión de baterías (BMS) para acumuladores según la invención, que comprende al menos aproximadamente un comparador U1, un puente divisor (R1, R2, o R9, R4) montado entre los terminales del conjunto modular de la batería o de un elemento individual de la batería cuyo punto común con las resistencias está conectado a la entrada del terminal negativo del comparador U1, para suministrar un voltaje cuyo valor sea proporcional al valor de voltaje V1 en los terminales de la batería, en la relación definida por los valores de las dos resistencias (R1, R2, o R9, R4), y el terminal positivo del comparador está conectado a un diodo o una celda de suministro para definir el voltaje de referencia V2. This objective is achieved by the battery management system (BMS) for accumulators according to the invention, which comprises at least approximately a comparator U1, a divider bridge (R1, R2, or R9, R4) mounted between the terminals of the modular assembly of the battery or of an individual cell of the battery whose common point with the resistors is connected to the input of the negative terminal of the comparator U1, to supply a voltage whose value is proportional to the voltage value V1 at the terminals of the battery, in the ratio defined by the values of the two resistors (R1, R2, or R9, R4), and the positive terminal of the comparator is connected to a diode or a supply cell to define the reference voltage V2.
Por lo tanto, al cambiar los valores de resistencia y voltaje de referencia, el sistema podrá adaptarse a baterías que comprendan diferentes características de voltaje y corriente. Therefore, by changing the reference voltage and resistance values, the system can adapt to batteries with different voltage and current characteristics.
Según otra característica, el conjunto integrador comprende According to another characteristic, the integrating set comprises
una resistencia R5 conectada entre el punto común del puente divisor R1, R2 y la entrada negativa del comparador U1, y un conjunto de resistencia R8 y condensador C1, montado en serie mediante un terminal común, conectado por el otro terminal de C1 a la salida del comparador U1, conectándose el otro terminal de R8 al punto común de las dos resistencias R5, R8 y a la entrada negativa de U1, ajustando los valores R5 y C1 para establecer el tiempo de intervención de la desconexión antes del deterioro de la batería, en caso de detección de sobrecorriente. a resistor R5 connected between the common point of the divider bridge R1, R2 and the negative input of comparator U1, and a set of resistor R8 and capacitor C1, mounted in series by means of a common terminal, connected by the other terminal of C1 to the output of comparator U1, the other terminal of R8 being connected to the common point of the two resistors R5, R8 and to the negative input of U1, adjusting the values of R5 and C1 to establish the disconnection intervention time before the battery deteriorates, in case of overcurrent detection.
Según otra característica, un diodo D2 está conectado en paralelo a la resistencia R5, con su cátodo conectado al punto común del puente divisor, para cambiar la constante de tiempo de integración del circuito integrador en caso de sobrecorriente o cortocircuito. According to another feature, a diode D2 is connected in parallel to the resistor R5, with its cathode connected to the common point of the divider bridge, to change the integration time constant of the integrator circuit in case of overcurrent or short circuit.
Según otra característica, el comparador U1 tiene, en su terminal de salida, un voltaje cuyo valor caracteriza un estado “ no conductor” si el voltaje aplicado a la entrada del terminal negativo del amplificador U1 es mayor que el valor del voltaje de referencia V<2>, y un estado “ conductor” si el valor del voltaje aplicado a la entrada del terminal negativo del amplificador U1 es inferior al valor del voltaje de referencia V<2>. According to another characteristic, the comparator U1 has, at its output terminal, a voltage whose value characterizes a “non-conducting” state if the voltage applied to the input of the negative terminal of the amplifier U1 is greater than the value of the reference voltage V<2>, and a “conducting” state if the value of the voltage applied to the input of the negative terminal of the amplifier U1 is lower than the value of the reference voltage V<2>.
Según otra característica, el dispositivo de detección comprende un condensador C3 montado en paralelo con R2 que, combinado con R1, forma un filtro para filtrar las perturbaciones de alta frecuencia. According to another feature, the detection device comprises a capacitor C3 mounted in parallel with R2 which, combined with R1, forms a filter to filter out high frequency disturbances.
Según otra característica, en paralelo con el R9 está montado According to another feature, in parallel with the R9 is mounted
un conjunto en serie que consiste en una resistencia R3, un diodo D3, con el cátodo orientado hacia el terminal positivo, y un diodo Zener D4, con el cátodo orientado hacia el punto común del puente divisor R9, R4, a series assembly consisting of a resistor R3, a diode D3, with the cathode facing the positive terminal, and a Zener diode D4, with the cathode facing the common point of the divider bridge R9, R4,
un condensador C5 que conecta el punto común del puente R9, R4 al terminal negativo de la batería o de la celda o del conjunto modular de elementos individuales. a capacitor C5 that connects the common point of the bridge R9, R4 to the negative terminal of the battery or cell or modular assembly of individual elements.
Según otra característica, un circuito comparador U2 con histéresis, dispuesto corriente abajo del circuito comparador U1, comprende un conjunto de histéresis alrededor del amplificador U2, que recibe, en la entrada de su terminal negativo, el valor del voltaje de la salida del amplificador U1. According to another feature, a comparator circuit U2 with hysteresis, arranged downstream of the comparator circuit U1, comprises a hysteresis assembly around the amplifier U2, which receives, at the input of its negative terminal, the voltage value of the output of the amplifier U1.
Según otra característica, el comparador de histéresis U2 comprende las resistencias R3, R4 montadas como un puente divisor entre los terminales positivo y negativo de la batería, y cuyo punto común a R3 y R4 está conectado a la entrada positiva del comparador U2, y una resistencia R6 de la cual conecta la salida de U2 a su entrada positiva para definir el umbral y la histéresis del circuito comparador de histéresis que comprende el amplificador U2. According to another characteristic, the hysteresis comparator U2 comprises resistors R3, R4 mounted as a divider bridge between the positive and negative terminals of the battery, and whose common point to R3 and R4 is connected to the positive input of the comparator U2, and a resistor R6 of which connects the output of U2 to its positive input to define the threshold and the hysteresis of the hysteresis comparator circuit comprising the amplifier U2.
Según otra característica, el dispositivo de detección comprende una resistencia R7 conectada al terminal positivo de la batería, en serie con un diodo D1, en el sentido directo durante el funcionamiento normal, y un condensador C2 conectado por un lado al cátodo del diodo y, por otro lado, al terminal negativo de la batería para permitir que se cargue durante el funcionamiento normal; las entradas de suministro de los dos comparadores U1, u 2 están conectadas al punto común a D1 y C2, utilizándose este punto común para mantener el suministro de los amplificadores U1 y/o U2 cuando el voltaje de la batería se reduzca tras un cortocircuito, para permitir la activación de la desconexión. According to another feature, the detection device comprises a resistor R7 connected to the positive terminal of the battery, in series with a diode D1, in the forward direction during normal operation, and a capacitor C2 connected on one side to the cathode of the diode and, on the other side, to the negative terminal of the battery to allow it to be charged during normal operation; the supply inputs of the two comparators U1, u2 are connected to the common point of D1 and C2, this common point being used to maintain the supply of the amplifiers U1 and/or U2 when the battery voltage is reduced after a short circuit, to allow the disconnection to be activated.
Según otra característica, el voltaje de referencia V2 en la entrada positiva del comparador U1 lo proporciona un diodo Zener D2, estando dicho diodo Zener D2 conectado mediante una resistencia R1 al punto común a D1 y C2, estando el cátodo del diodo Zener D2 también conectado mediante un condensador C1 al terminal negativo de la batería o conjunto modular de elementos. According to another feature, the reference voltage V2 at the positive input of the comparator U1 is provided by a Zener diode D2, said Zener diode D2 being connected by means of a resistor R1 to the common point of D1 and C2, the cathode of the Zener diode D2 also being connected by means of a capacitor C1 to the negative terminal of the battery or modular set of elements.
Según otra característica, el comparador de histéresis U2 comprende un condensador conectado en paralelo con una resistencia R4 y que, combinado con otra resistencia R3 o R2, forma un filtro para filtrar las perturbaciones de alta frecuencia y establecer un tiempo mínimo de desconexión. According to another feature, the hysteresis comparator U2 comprises a capacitor connected in parallel with a resistor R4 and which, combined with another resistor R3 or R2, forms a filter to filter out high frequency disturbances and establish a minimum disconnection time.
Según otra característica, la entrada positiva del comparador de histéresis U2 está conectada mediante una resistencia R2 al punto común a R3, R9 y R7. According to another feature, the positive input of the hysteresis comparator U2 is connected via a resistor R2 to the common point of R3, R9 and R7.
Según otra característica, el dispositivo de detección comprende un flip-flop conectado a la salida de U1 o U2 para almacenar cada acción del dispositivo de detección después de cada detección de descargas profundas, de descargas de sobrecorriente y de descargas de cortocircuito. According to another feature, the detection device comprises a flip-flop connected to the output of U1 or U2 to store each action of the detection device after each detection of deep discharges, overcurrent discharges and short-circuit discharges.
Otro objetivo es proponer un dispositivo de desconexión, utilizable con el dispositivo de detección, formado por componentes electrónicos asociados en un conjunto que protege los componentes del dispositivo de desconexión. Este otro objetivo se logra mediante el dispositivo de desconexión, que comprende un dispositivo (30) de conmutación en el que Another objective is to propose a disconnection device, usable with the detection device, formed by electronic components associated in an assembly that protects the components of the disconnection device. This other objective is achieved by the disconnection device, which comprises a switching device (30) in which
un primer MOSFET M1 está conectado por su fuente al terminal negativo de un conjunto de elementos individuales, recibiendo dicho MOSFET M1, en su puerta, la fuente de voltaje que acciona M1, suministrando dicha fuente un voltaje elegido de modo que M1 esté encendido, a first MOSFET M1 is connected by its source to the negative terminal of a set of individual elements, said MOSFET M1 receiving, at its gate, the voltage source that drives M1, said source supplying a voltage chosen so that M1 is on,
un diodo Zener D3, conectado en oposición entre la puerta y la fuente de M1, y un condensador C2 protegen la puerta del MOSFET de voltajes excesivamente elevados o de alta frecuencia, y a Zener diode D3, connected in opposition between the gate and source of M1, and a capacitor C2 protect the gate of the MOSFET from excessively high or high frequency voltages, and
un diodo Zener D1 montado en oposición entre la puerta de M1 y el drenaje y con una resistencia R3 y un diodo D2 en el sentido directo en el sentido drenaje-rejilla limitan la velocidad de conmutación de M1, y a Zener diode D1 mounted opposite the gate of M1 and the drain and with a resistor R3 and a diode D2 in the forward direction in the drain-grid direction limit the switching speed of M1, and
un circuito que consiste en un diodo Schottky D4 montado en oposición en el drenaje de M1 y en serie, con un condensador C1 y una resistencia R1 conectados al terminal positivo de la batería (4) para limitar la sobretensión al abrir M1, en paralelo en el diodo Schottky D4 se monta una resistencia fija I1 conectada, por un lado, al cátodo del diodo y, por otro lado, al drenaje de un segundo MOSFET M2 cuya fuente está conectada al ánodo del diodo Schottky D4, controlándose la puerta de M2 mediante una salida del circuito de detección, para evitar la carga. a circuit consisting of a Schottky diode D4 mounted opposite to the drain of M1 and in series with a capacitor C1 and a resistor R1 connected to the positive terminal of the battery (4) to limit the overvoltage when opening M1, in parallel with the Schottky diode D4 there is mounted a fixed resistor I1 connected, on the one hand, to the cathode of the diode and, on the other hand, to the drain of a second MOSFET M2 whose source is connected to the anode of the Schottky diode D4, the gate of M2 being controlled by an output of the detection circuit, so as to prevent charging.
Según otra característica, el dispositivo de desconexión comprende un segundo dispositivo de conmutación en el que un primer MOSFET M1 conectado por su fuente al terminal negativo de un conjunto de elementos individuales, la puerta de este MOSFET M1 está controlada por un voltaje, suministrando esta fuente un voltaje elegido de modo que M1 esté siempre encendido, According to another characteristic, the disconnection device comprises a second switching device in which a first MOSFET M1 connected by its source to the negative terminal of a set of individual elements, the gate of this MOSFET M1 is controlled by a voltage, this source supplying a voltage chosen so that M1 is always on,
un circuito que consiste en un diodo Schottky D4 montado en oposición en el drenaje de M1, en paralelo en el diodo D4 se monta una resistencia fija I1 conectada, por un lado, al cátodo del diodo Schottky D4 y, por otro lado, al drenaje de un segundo MOSFET M2 cuya fuente está conectada al ánodo del diodo Schottky D4, conectándose la puerta de M2 al terminal positivo de dicho conjunto de elementos individuales, a circuit consisting of a Schottky diode D4 mounted opposite to the drain of M1, in parallel to the diode D4 a fixed resistor I1 is mounted connected, on the one hand, to the cathode of the Schottky diode D4 and, on the other hand, to the drain of a second MOSFET M2 whose source is connected to the anode of the Schottky diode D4, the gate of M2 being connected to the positive terminal of said set of individual elements,
un diodo Zener D6 y una resistencia R6 en serie con la puerta de M2, estando el diodo Zener D6 montado en el sentido directo en el sentido drenaje-puerta, a Zener diode D6 and a resistor R6 in series with the gate of M2, with the Zener diode D6 mounted in the forward direction in the drain-gate direction,
un diodo Zener D5 montado en oposición entre la puerta y la fuente de M2 para definir, con el diodo Zener D6, el valor del voltaje en la puerta de M2, y en el cual M2 está encendido, a Zener diode D5 mounted opposite the gate and source of M2 to define, with the Zener diode D6, the value of the voltage at the gate of M2, and at which M2 is on,
un condensador C5 conectado entre la puerta y la fuente de M2, y en paralelo con el diodo Zener D5, para proteger la puerta de M2 de los voltajes de alta frecuencia, a capacitor C5 connected between the gate and source of M2, and in parallel with Zener diode D5, to protect the gate of M2 from high frequency voltages,
un optoacoplador OP1 montado entre la puerta y la fuente de M2, y en paralelo con el condensador C5, para bloquear M2 en caso de que se supere el voltaje o la temperatura de un elemento del conjunto de elementos individuales, cortando entonces el MOSFET M2 la corriente de carga. an optocoupler OP1 mounted between the gate and source of M2, and in parallel with capacitor C5, to block M2 in case the voltage or temperature of one element of the array of individual elements is exceeded, then the MOSFET M2 cutting off the load current.
Otras características y ventajas de la presente invención se detallan en la siguiente descripción. Other features and advantages of the present invention are detailed in the following description.
Breve descripción de las figurasBrief description of the figures
Otras características y ventajas de la presente invención se comprenderán con más claridad al leer la siguiente descripción, realizada con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: Other features and advantages of the present invention will be more clearly understood upon reading the following description, made with reference to the accompanying drawings, in which:
[Figura 1] [Figure 1]
la Figura 1 muestra un diagrama del circuito del dispositivo (2) de detección de descargas para detectar descargas profundas, descargas de sobrecorriente y descargas de cortocircuito, según una realización; Figure 1 shows a circuit diagram of the discharge detection device (2) for detecting deep discharges, overcurrent discharges and short-circuit discharges, according to an embodiment;
[Figura 2] [Figure 2]
la Figura 2 muestra un diagrama del circuito de dicho dispositivo de detección según una variante; Figure 2 shows a circuit diagram of said detection device according to a variant;
[Figura 3] [Figure 3]
la Figura 3 muestra un diagrama de un ejemplo de un circuito para medir la corriente a través de una resistencia conocida de la técnica anterior, y que tiene los inconvenientes conocidos; Figure 3 shows a diagram of an example of a circuit for measuring current through a known resistor from the prior art, and which has the known drawbacks;
[Figura 4A] [Figure 4A]
la Figura 4A muestra la visualización de los cambios en el voltaje en los terminales de los comparadores U1 y U2 en caso de sobrecorriente, según una realización para una batería de 24,4 voltios y un voltaje de detección o activación Td de 16 voltios; Figure 4A shows the visualization of the changes in voltage at the terminals of comparators U1 and U2 in case of overcurrent, according to an embodiment for a 24.4 volt battery and a detection or activation voltage Td of 16 volts;
[Figura 4B] [Figure 4B]
la Figura 4B muestra la respuesta de un conjunto integrador digital que funciona según el diagrama de flujo de la Figura 4D, según una realización utilizada con una batería de 16 voltios y un voltaje de detección o activación Td de 12 voltios; Figure 4B shows the response of a digital integrator array operating according to the flow diagram of Figure 4D, according to an embodiment used with a 16 volt battery and a detection or activation voltage Td of 12 volts;
[Figura 4C] [Figure 4C]
la Figura 4C muestra la respuesta de un conjunto integrador analógico, según otra realización, utilizado con una batería de 16 voltios y un voltaje de detección o activación Td de 12 voltios; Figure 4C shows the response of an analog integrator assembly, according to another embodiment, used with a 16 volt battery and a detection or activation voltage Td of 12 volts;
[Figura 4D] [Figure 4D]
la Figura 4D muestra un diagrama de flujo que explica el programa para calcular la respuesta de un conjunto integrador digital, según una realización, con paralelismo de realizaciones analógicas; Figure 4D shows a flowchart explaining the program for calculating the response of a digital integrator array, according to one embodiment, with parallelism of analog embodiments;
[Figura 4E] [Figure 4E]
la Figura 4E muestra la respuesta, en caso de cortocircuito, de un conjunto integrador analógico, según una realización, utilizado con una batería de aproximadamente 14 voltios y voltaje de detección o activación Td de 14 voltios, en caso de cortocircuito; Figure 4E shows the short-circuit response of an analog integrator assembly, according to one embodiment, used with a battery of approximately 14 volts and detection or activation voltage Td of 14 volts, in the event of a short circuit;
[Figura 4F] [Figure 4F]
la Figura 4F muestra la respuesta, en caso de cortocircuito, de un conjunto integrador digital que funciona según el diagrama de flujo de la Figura 4D, según una realización, utilizado con una batería de aproximadamente 14 voltios y un voltaje de detección o activación Td de 10 voltios; Figure 4F shows the short-circuit response of a digital integrator assembly operating according to the flow diagram of Figure 4D, according to one embodiment, used with a battery of approximately 14 volts and a detection or activation voltage Td of 10 volts;
[Figura 4G] [Figure 4G]
la Figura 4G muestra la respuesta, en caso de descarga lenta, de un conjunto integrador analógico, según una realización, utilizado con una batería de aproximadamente 14 voltios y un voltaje de detección o activación Td de 14 voltios; Figure 4G shows the slow discharge response of an analog integrator assembly, according to one embodiment, used with a battery of approximately 14 volts and a detection or activation voltage Td of 14 volts;
[Figura 4H] [Figure 4H]
la Figura 4H muestra la respuesta, en caso de descarga lenta, de un conjunto integrador digital que funciona según el diagrama de flujo de la Figura 4D, según una realización, utilizado con una batería de aproximadamente 14 voltios y un voltaje de detección o activación Td de 10 voltios; Figure 4H shows the slow discharge response of a digital integrator assembly operating according to the flow diagram of Figure 4D, according to one embodiment, used with a battery of approximately 14 volts and a detection or activation voltage Td of 10 volts;
[Figura 4I] [Figure 4I]
la [Figura 4I] muestra la respuesta, en caso de descarga a V/2, de un conjunto integrador analógico según una realización utilizada con una batería de aproximadamente 14 voltios y un voltaje de detección o activación Td de 14 voltios para determinar la corriente máxima de la batería; [Figure 4I] shows the response, in the case of discharge at V/2, of an analog integrator assembly according to an embodiment used with a battery of approximately 14 volts and a detection or activation voltage Td of 14 volts to determine the maximum current of the battery;
[Figura 4J] [Figure 4J]
la Figura 4J muestra la respuesta, en caso de descarga a V/2, de un conjunto integrador digital que funciona según el diagrama de flujo de la Figura 4D, según una realización, utilizado con una batería de aproximadamente 14 voltios y un voltaje de detección o activación Td de 10 voltios para determinar la corriente máxima de la batería; Figure 4J shows the response, under discharge at V/2, of a digital integrator assembly operating according to the flow diagram of Figure 4D, according to one embodiment, used with a battery of approximately 14 volts and a detection or activation voltage Td of 10 volts to determine the maximum battery current;
[Figura 5] [Figure 5]
la Figura 5 muestra un diagrama del circuito del primer dispositivo de conmutación al descargar el dispositivo de desconexión, según una realización; Figure 5 shows a circuit diagram of the first switching device upon discharging of the disconnecting device, according to one embodiment;
[Figura 6] [Figure 6]
la Figura 6 muestra un diagrama del circuito del segundo dispositivo de conmutación al cargar el dispositivo de desconexión, según una realización; Figure 6 shows a circuit diagram of the second switching device upon loading of the disconnecting device, according to one embodiment;
[Figura 7] [Figure 7]
la Figura 7 muestra un diagrama de la interconexión entre el sistema de gestión de baterías (BMS) y el dispositivo de desconexión, según una realización; Figure 7 shows a diagram of the interconnection between the battery management system (BMS) and the disconnect device, according to one embodiment;
[Figura 8] [Figure 8]
la Figura 8 muestra el diagrama de una batería que comprende un BMS y un dispositivo de desconexión, según una realización, Figure 8 shows the diagram of a battery comprising a BMS and a disconnection device, according to one embodiment,
[Figura 9] [Figure 9]
la Figura 9 muestra en el diagrama una característica de desconexión, obtenida por el dispositivo de detección, tal como se describe y muy cercana a la de un disyuntor magnetotérmico del estado de la técnica, según una realización. Figure 9 shows in the diagram a disconnection characteristic, obtained by the detection device, as described and very close to that of a magnetothermal circuit breaker of the state of the art, according to an embodiment.
Descripción de las realizacionesDescription of the achievements
La presente invención se refiere a un método y un sistema (1) de gestión de baterías (BMS) para acumuladores. Dichas baterías pueden consistir en un elemento individual o en varios elementos o celdas individuales, que pueden disponerse en un conjunto modular conectado en serie, en paralelo o en una pluralidad de conjuntos modulares en serie asociados en paralelo para constituir una batería (4), y un dispositivo (3) de desconexión electrónica conectado, por un lado, a al menos un polo de una celda y, por otro lado, a un terminal de la misma polaridad de un conjunto modular o de una batería (4). The present invention relates to a method and a battery management system (1) (BMS) for accumulators. Said batteries may consist of a single element or of several single elements or cells, which may be arranged in a modular assembly connected in series, in parallel or in a plurality of modular assemblies in series associated in parallel to constitute a battery (4), and an electronic disconnection device (3) connected, on the one hand, to at least one pole of a cell and, on the other hand, to a terminal of the same polarity of a modular assembly or of a battery (4).
Según otra variante, el sistema (1) de gestión de baterías (BMS) para acumuladores comprende al menos un dispositivo (2) de detección de descarga profunda (o lenta), de descarga de sobrecorriente y de descarga de cortocircuito, en cada elemento individual o conjunto modular de la batería (4), que comprende al menos un dispositivo BMS (la Figura 8 ilustra una batería con un dispositivo BMS), caracterizándose dicho sistema (BMS) porque el dispositivo (2) de detección es único. According to another variant, the battery management system (1) (BMS) for accumulators comprises at least one device (2) for detecting deep (or slow) discharge, overcurrent discharge and short-circuit discharge, in each individual element or modular assembly of the battery (4), which comprises at least one BMS device (Figure 8 illustrates a battery with a BMS device), said system (BMS) being characterized in that the detection device (2) is unique.
El dispositivo (2) de detección comprende un comparador (Un) analógico o digital U1 que compara directamente un voltaje que es proporcional, en una relación determinada, al voltaje del elemento individual o del conjunto modular, sin utilizar una derivación resistiva, con un voltaje de referencia (V2 oRefintegration)y evalúa las variaciones de voltaje para activar o no activar la desconexión de cada elemento individual o conjunto modular de la batería (4), según un voltaje de detección Td a partir del cual se acciona el dispositivo de desconexión. The detection device (2) comprises an analog or digital comparator (Un) U1 that directly compares a voltage that is proportional, in a given ratio, to the voltage of the individual element or the modular assembly, without using a resistive shunt, with a reference voltage (V2 or Refintegration) and evaluates the voltage variations to activate or not activate the disconnection of each individual element or modular assembly of the battery (4), according to a detection voltage Td from which the disconnection device is actuated.
La relación proporcional entre el voltaje medido y el voltaje de referencia, corresponde a la relación entre el voltaje de referencia (V<2>oRefintegration)y el voltaje de detección o desconexión Td desde el que se acciona el dispositivo de desconexión. The proportional relationship between the measured voltage and the reference voltage corresponds to the relationship between the reference voltage (V<2> or Refintegration) and the detection or disconnection voltage Td from which the disconnection device is actuated.
La Figura 3 ilustra un ejemplo de medición de corriente mediante una resistencia de derivación. Esta medición implica colocar una derivación en serie en la línea. El voltaje total V<tot.>viene dado por V<tot.>= V<batería>- V<rderivación>, con V<rderivación>= R * I, el valor a través de los terminales de la resistencia de derivación. Por lo tanto, cuanto mayor sea I, mayor será la caída de voltaje. En este caso, el consumo de un comparador U1 es muy alto, 1 mA para un amplificador diferencial frente a menos de 10 pA para la medición de voltaje. Figure 3 illustrates an example of current measurement using a shunt resistor. This measurement involves placing a shunt in series across the line. The total voltage V<tot.> is given by V<tot.>= V<battery>- V<rShunt>, with V<rShunt>= R * I, the value across the shunt resistor terminals. Therefore, the higher I, the higher the voltage drop. In this case, the consumption of a comparator U1 is very high, 1 mA for a differential amplifier versus less than 10 pA for voltage measurement.
Además, el voltaje V<batería>medido a través de los terminales de la batería o de cada elemento, es de la forma V<batería>= ER * I, siendo E el voltaje de circuito abierto, R la resistencia interna, e I la corriente suministrada por la batería. E y R son conocidos para una batería determinada y el voltaje V<batería>proporciona acceso a I, la corriente suministrada. La potencia máxima que es capaz de suministrar una batería se acerca al valor (E / 2) * (I<cc>/ 2) (siendo E el voltaje de circuito abierto, e I<cc>la corriente de cortocircuito). Como la resistencia interna tiende a aumentar con el envejecimiento de la batería, entonces la potencia máxima disminuye con el envejecimiento de la batería. La desconexión al monitorizar el voltaje V<batería>en lugar de la corriente, ofrece una protección óptima para la batería durante toda su vida útil. Resulta entonces evidente que la detección mediante la medición del voltaje es ventajosa. Furthermore, the voltage V<battery> measured across the battery terminals or each cell is of the form V<battery> = ER * I, where E is the open-circuit voltage, R is the internal resistance, and I is the current supplied by the battery. E and R are known for a given battery, and the voltage V<battery> provides access to I, the supplied current. The maximum power that a battery is capable of supplying is close to (E / 2) * (I<cc>/ 2) (where E is the open-circuit voltage and I<cc> is the short-circuit current). Since the internal resistance tends to increase with battery aging, the maximum power decreases with battery aging. Disconnection by monitoring the voltage V<battery> instead of the current offers optimal protection for the battery throughout its lifetime. It is then evident that detection by voltage measurement is advantageous.
Además, en caso de fallo de una o dos líneas que comprendan un conjunto de elementos o celdas individuales de la batería, el dispositivo de detección del sistema (1) de gestión de baterías (BMS), tal como se describe según la invención, se configura (en particular, mediante la detección mediante la medición de voltaje) para autoadaptar el voltaje de umbral o activación Td para que detecte condiciones anormales (descarga profunda, descarga de cortocircuito, descarga de sobrecorriente) de la batería. En otras palabras, el dispositivo de detección del sistema (1) de gestión de baterías permite proteger la batería, independientemente de su estado de envejecimiento. Furthermore, in the event of a failure of one or two lines comprising a set of individual elements or cells of the battery, the detection device of the battery management system (1) (BMS), as described according to the invention, is configured (in particular, by detecting by voltage measurement) to self-adapt the threshold or activation voltage Td so as to detect abnormal conditions (deep discharge, short-circuit discharge, overcurrent discharge) of the battery. In other words, the detection device of the battery management system (1) makes it possible to protect the battery, regardless of its aging state.
Los elementos acumuladores individuales de una batería (4) que deben protegerse, pueden tener, por ejemplo, y de forma no limitativa, las siguientes características: The individual accumulator elements of a battery (4) that must be protected may have, for example, and in a non-limiting manner, the following characteristics:
Voltaje de circuito abierto = 3,3 V Open circuit voltage = 3.3 V
Resistencia interna = 0,012 ohmios (con conexiones) Internal resistance = 0.012 ohms (with connections)
Corriente máxima = 70 A; 120 A 10 s Maximum current = 70 A; 120 A 10 s
Voltaje de final de descarga = 2 V End-of-discharge voltage = 2 V
Voltaje de final de carga = 3,6 V End-of-charge voltage = 3.6 V
Voltaje máximo = 4 V Maximum voltage = 4 V
Una batería (4) se puede modelar mediante una fuente de voltaje perfecta en serie con una resistencia interna. En el caso, dado a modo de ejemplo, de un conjunto “ 8S1P” de 8 elementos individuales en serie, por ejemplo, y de forma no limitativa, hay un voltaje de carga abierta (o final de carga) de 26,4 V y una resistencia interna de 0,1 ohmios (con conexiones). Por lo tanto, la corriente de cortocircuito puede alcanzar los 264 A, mientras que la corriente máxima especificada es de 120 A durante 10 s. Por lo tanto, es necesaria la protección contra sobrecorriente. A battery (4) can be modeled by a perfect voltage source in series with an internal resistance. In the exemplary case of an “8S1P” array of 8 individual cells in series, for example, and not limited to, there is an open charge (or end-of-charge) voltage of 26.4 V and an internal resistance of 0.1 ohm (with connections). The short-circuit current can therefore reach 264 A, while the specified maximum current is 120 A for 10 s. Overcurrent protection is therefore required.
El diagrama del circuito para detectar fallos (o condiciones anormales) reivindicado, ilustrado en la Figura 1, comprende un divisor de voltaje R1 y R2, una referencia de voltaje V2 de 1,24 V, por ejemplo, y de forma no limitativa, y V1 es el voltaje a través de los terminales de la batería que monitoriza el dispositivo. En el ejemplo anterior, el voltaje al final de la descarga no debe caer por debajo de 2 V por celda, es decir, 16 V para 8 celdas en serie. Entonces, es posible elegir V1 = 16 V como el valor del voltaje de detección o activación Td. Para este valor del voltaje de detección o activación, la relación de división de los divisores de voltaje R1 y R2, se elegirá igual a V2 / Td; es decir, 1,24 V / 16 V = 0,0775. Por lo tanto, en funcionamiento estático, cuando el voltaje de la batería (4) es superior al voltaje de detección o activación Td = 16 V, el voltaje aplicado a la entrada - del amplificador U1 es superior a 1,24 V, su salida está en el estado “ no conductor” , la salida del comparador U2 está en el estado “ conductor” , y el funcionamiento es “ normal” (sin desconexión). The claimed fault (or abnormal condition) detection circuit diagram, illustrated in Figure 1, comprises a voltage divider R1 and R2, a voltage reference V2 of 1.24 V, for example and not limited to, and V1 being the voltage across the battery terminals monitored by the device. In the above example, the voltage at the end of discharge must not fall below 2 V per cell, i.e. 16 V for 8 cells in series. It is then possible to choose V1 = 16 V as the value of the detection or activation voltage Td. For this value of the detection or activation voltage, the division ratio of the voltage dividers R1 and R2 will be chosen equal to V2 / Td; i.e. 1.24 V / 16 V = 0.0775. Therefore, in static operation, when the battery voltage (4) is higher than the detection or activation voltage Td = 16 V, the voltage applied to the input - of the amplifier U1 is higher than 1.24 V, its output is in the “ non-conducting” state, the output of the comparator U2 is in the “ conducting” state, and the operation is “ normal” (no disconnection).
Cuando la batería (4) se descarga lentamente (descarga profunda) y su voltaje cae por debajo de 16 V, el voltaje aplicado a la entrada - del amplificador U1 es inferior a 1,24 V, su salida pasa al estado “ conductor” , la salida del comparador U2 cambia a “ no conductor” , y se activa la desconexión. La salida del comparador (o amplificador) U1 es la integral del voltaje a monitorizar según una realización analógica (Figura 4C) u otra realización digital (Figura 4B). Por lo tanto, como se muestra en estas figuras, si el voltaje V<global>cambia linealmente, la salida del integrador será una función de segundo grado. Si la variación de voltaje es una línea de la forma ax b, entonces la salida es una función del tipo ax<2>+ bx c. When the battery (4) is slowly discharged (deep discharge) and its voltage drops below 16 V, the voltage applied to the input - of amplifier U1 is less than 1.24 V, its output goes into the “ conducting” state, the output of comparator U2 changes to “ non-conducting”, and the disconnection is activated. The output of comparator (or amplifier) U1 is the integral of the voltage to be monitored according to an analog implementation (Figure 4C) or another digital implementation (Figure 4B). Therefore, as shown in these figures, if the voltage V<global> changes linearly, the output of the integrator will be a second degree function. If the voltage variation is a line of the form ax b, then the output is a function of the type ax<2>+ bx c.
En la expresión del voltaje entre los terminales de una batería o de una sola celda de la batería dada por V<batería>= ER * I, es E, el voltaje de circuito abierto, que disminuye cuando la batería está completamente descargada. In the expression for the voltage across the terminals of a battery or a single battery cell given by V<battery>= ER * I, it is E, the open circuit voltage, which decreases when the battery is fully discharged.
Cuando la batería (4) proporciona una corriente elevada (sobrecorriente), por ejemplo, 120 A, su voltaje cae rápidamente hasta 14,4 V (curva V1, Figura 4A). El conjunto anterior detecta esta situación. When the battery (4) delivers a high current (overcurrent), for example, 120 A, its voltage drops rapidly to 14.4 V (curve V1, Figure 4A). The above assembly detects this situation.
En caso de cortocircuito, el voltaje V1 cae muy rápidamente hasta un valor muy bajo, y el voltaje a través de los terminales de R2 se acerca a 0 V; también se detecta esta situación. In the event of a short circuit, voltage V1 drops very quickly to a very low value, and the voltage across the terminals of R2 approaches 0 V; this situation is also detected.
Este mismo conjunto podría utilizarse en otra variante de realización de la Figura 2 (conjunto con el diodo Zener D4) sustituyendo las resistencias R1, R2 por las resistencias R9, R4. This same assembly could be used in another variant of the embodiment of Figure 2 (assembly with Zener diode D4) by replacing resistors R1, R2 with resistors R9, R4.
El dispositivo de detección, tal como se describe en la presente solicitud, permite la detección de variaciones de voltaje con una progresividad no lineal, de modo que una fuerte sobrecorriente provoca una desconexión de la batería después de un período comprendido entre 10 ms y 100 ms, y de modo que una sobrecorriente baja provoca una desconexión en un tiempo comprendido entre 10 s y 100 s. The detection device, as described in the present application, allows the detection of voltage variations with a non-linear progressiveness, such that a strong overcurrent causes a disconnection of the battery after a period of between 10 ms and 100 ms, and such that a low overcurrent causes a disconnection in a time of between 10 s and 100 s.
Una sobrecorriente o un cortocircuito hacen que los componentes de la batería se sobrecalienten, lo que puede provocar un incendio. La disipación del calor es proporcional al cuadrado de la intensidad, por lo que la desconexión debe ser tanto más rápida cuanto más considerable sea el exceso de corriente. Un fusible o un disyuntor magnetotérmico corta la corriente en un tiempo que es tanto más corto cuanto más significativo sea el exceso de corriente. Esto implica establecer una corriente máxima y una protección de batería baja en caso de envejecimiento de los componentes de la batería, que no puedan soportar un cierto valor máximo de corriente debido al aumento de la resistencia interna de la batería con el envejecimiento. En otras palabras, en caso de envejecimiento, no se puede alcanzar la corriente máxima fija, y la detección y protección de la batería no serán efectivas. Por el contrario, en la presente invención, que se refiere en particular a un dispositivo de detección de sobrecorriente basado en una medición de la evolución del voltaje a través de los terminales de la batería en función del tiempo, no hay ninguna restricción relacionada con el establecimiento de un valor de corriente máximo. Si el voltaje medido es inferior a un cierto valor correspondiente a una baja intensidad de la corriente, entonces el tiempo de desconexión será largo, como se ilustra en la Figura 9. Si el voltaje medido es inferior a un determinado valor correspondiente a una corriente elevada o a un cortocircuito, el tiempo de desconexión será corto (ver Figura 9). Esto permite proteger la batería, independientemente del envejecimiento de sus componentes. An overcurrent or short-circuit causes the battery components to overheat, which can cause a fire. Heat dissipation is proportional to the square of the current, so the disconnection must be faster the more significant the excess current. A fuse or a magnetothermal circuit breaker cuts off the current in a time that is all the shorter the more significant the excess current. This involves setting a maximum current and low-battery protection in case of aging of the battery components, which cannot withstand a certain maximum current value due to the increase in the battery's internal resistance with aging. In other words, in case of aging, the fixed maximum current cannot be reached, and battery detection and protection will be ineffective. In contrast, in the present invention, which relates in particular to an overcurrent detection device based on a measurement of the voltage evolution across the battery terminals as a function of time, there is no restriction related to setting a maximum current value. If the measured voltage is below a certain value, corresponding to a low current, the disconnection time will be long, as illustrated in Figure 9. If the measured voltage is below a certain value, corresponding to a high current or a short circuit, the disconnection time will be short (see Figure 9). This protects the battery regardless of the aging of its components.
La funcionalidad de detección mediante la medición del voltaje de la batería combinada con el uso de un disyuntor electrónico, permite, en particular, emular el comportamiento de un disyuntor termomagnético sin la restricción de establecer una corriente máxima para mejorar la seguridad de la batería. Por ejemplo, la Figura 9, que ilustra una curva de desconexión obtenida mediante un disyuntor electrónico según la invención, es similar a la de una curva de desconexión obtenida mediante una medición en derivación y un disyuntor termomagnético, aunque con una precisión mucho mayor. The detection functionality using battery voltage measurement combined with the use of an electronic circuit breaker makes it possible, in particular, to emulate the behavior of a thermal-magnetic circuit breaker without the restriction of setting a maximum current to improve battery safety. For example, Figure 9, which illustrates a disconnection curve obtained using an electronic circuit breaker according to the invention, is similar to that of a disconnection curve obtained using a shunt measurement and a thermal-magnetic circuit breaker, albeit with much greater accuracy.
Las realizaciones proporcionan una protección adicional al funcionamiento del circuito, para preservar la vida útil de los componentes o para evitar tener que elegir componentes costosos porque cumplen con las altas especificaciones. Estas realizaciones pueden no combinarse completamente entre sí o con la realización principal. The embodiments provide additional protection for circuit operation, to preserve component life or to avoid having to select expensive components because they meet high specifications. These embodiments may not be fully compatible with each other or with the main embodiment.
Por lo tanto, el dispositivo (2) de detección comprende un divisor de voltaje formado por al menos dos resistencias R1 y R2, estando el divisor de voltaje conectado a los terminales de la batería (4) para reducir el voltaje en la entrada del comparador U1. Therefore, the detection device (2) comprises a voltage divider formed by at least two resistors R1 and R2, the voltage divider being connected to the terminals of the battery (4) to reduce the voltage at the input of the comparator U1.
De manera similar, una resistencia R5 está conectada entre el punto común del puente divisor R1, R2 y la entrada negativa del comparador U1, y una resistencia R8, el conjunto de condensador C1 montado en serie por un terminal común, está conectado por el otro terminal de C1 a la salida del comparador U1, y el otro terminal de R8 está conectado al punto común de las dos resistencias R5, R8 y a la entrada negativa de U1. Similarly, a resistor R5 is connected between the common point of the divider bridge R1, R2 and the negative input of comparator U1, and a resistor R8, the capacitor assembly C1 mounted in series by a common terminal, is connected by the other terminal of C1 to the output of comparator U1, and the other terminal of R8 is connected to the common point of the two resistors R5, R8 and to the negative input of U1.
En otra realización, un diodo D2 está conectado en paralelo a la resistencia R5, con su cátodo conectado al punto común del puente divisor. El diodo D2 permite, en esta configuración, cambiar la constante de tiempo de integración del conjunto integrador en el caso de una entrada de corriente muy grande o elevada, por ejemplo, en el caso de una sobrecorriente o un cortocircuito. Este cambio en la constante de tiempo de integración equivale al uso de la ponderación en la integración de la señal (voltaje) en el caso de un integrador digital (ver a continuación). In another embodiment, diode D2 is connected in parallel to resistor R5, with its cathode connected to the common point of the divider bridge. In this configuration, diode D2 allows the integration time constant of the integrator assembly to be changed in the event of a very large or high current input, for example, in the case of an overcurrent or a short circuit. This change in the integration time constant is equivalent to the use of weighting in the signal (voltage) integration in the case of a digital integrator (see below).
Por lo tanto, en caso de sobrecorriente, ilustrada en la Figura 4A, la batería (4) suministra una corriente elevada, por ejemplo, 120 A, y su voltaje cae rápidamente hasta 14,4 V (V<1>, Figura 4A). La diferencia de voltaje entre 26,4 V y 14,4 V está integrada por el circuito integrador R5-R8-C1 (en el sentido matemático integral) conectado a los terminales del amplificador U1, con una constante de integración que depende principalmente de R5-C1. Su salida (V<integr.>, [Figura 4A]) cambia lentamente de “ 0 V” a “voltaje de cortocircuito Vcc” y el comparador de histéresis U2 cambia (V<3>, [Figura 4A]) cuando se alcance su umbral (V<4>, [Figura 4A]) de voltaje de detección o activación Td. La desconexión está activada. La constante de tiempo R5-C1 se establece de modo que la desconexión se produzca antes de 10 s a 12 s, en este caso. Thus, in case of overcurrent, illustrated in Figure 4A, the battery (4) supplies a high current, for example 120 A, and its voltage drops rapidly to 14.4 V (V<1>, Figure 4A). The voltage difference between 26.4 V and 14.4 V is integrated by the integrator circuit R5-R8-C1 (in the integral mathematical sense) connected to the terminals of the amplifier U1, with an integration constant that depends mainly on R5-C1. Its output (V<integr.>, [Figure 4A]) slowly changes from “0 V” to “short-circuit voltage Vcc” and the hysteresis comparator U2 switches (V<3>, [Figure 4A]) when its threshold (V<4>, [Figure 4A]) of detection or activation voltage Td is reached. The disconnection is activated. The time constant R5-C1 is set so that the disconnection occurs before 10 s to 12 s, in this case.
Durante un cortocircuito, el voltaje V1 cae muy rápidamente hasta un valor muy bajo, y el voltaje en los terminales de R2 se acerca a 0 V. El diodo D2 conduce, el voltaje en la entrada - de U1 es de 0,6 V (la entrada sigue en 1,24 V) y la salida de U1 cambia rápidamente a “Vcc” . La salida del comparador U2 pasa a “ 0” y se activa la desconexión. During a short circuit, voltage V1 drops very quickly to a very low value, and the voltage across R2 approaches 0 V. Diode D2 conducts, the voltage at the - input of U1 is 0.6 V (the input is still at 1.24 V), and the output of U1 quickly changes to “Vcc”. The output of comparator U2 goes to “0” and the shutdown is activated.
En todos estos casos, un flip-flop almacena esta acción y es necesario “ reiniciar” (es decir, reinicializar) la batería (4) accionando un botón de “ inicio” accesible desde el exterior de la carcasa de la batería. In all these cases, a flip-flop stores this action and it is necessary to “reset” (i.e. reinitialize) the battery (4) by pressing a “start” button accessible from the outside of the battery casing.
Los condensadores C3 y/o C4 filtran cualquier perturbación de alta frecuencia, y establecen el tiempo mínimo de desconexión. Capacitors C3 and/or C4 filter out any high-frequency disturbances and establish the minimum disconnection time.
El principio de medición a través de un circuito integrador, tal como se describe en la presente solicitud, es un principio de medición de un voltaje global que permite rastrear un valor de corriente. Este principio solo es válido en el campo de las baterías cuando se conoce la resistencia interna del generador de voltaje. En este caso, y solo en este caso, dicho conjunto integrador se puede utilizar de forma analógica (como se muestra en la Figura 1) o digital. The principle of measurement via an integrating circuit, as described in this application, is a principle of measuring a global voltage that allows a current value to be tracked. This principle is only valid in the field of batteries when the internal resistance of the voltage generator is known. In this case, and only in this case, said integrating assembly can be used in analog (as shown in Figure 1) or digital form.
Por ejemplo, y de forma no limitativa, la respuesta o salida de un integrador digital se puede calcular de la siguiente manera: For example, and not limited to, the response or output of a digital integrator can be calculated as follows:
Se considera una variación de voltaje representada por x = (-0,25 * V<global>+ 2,5) * ponderación, donde V<global>es un voltaje obtenido del voltaje de la batería mediante el uso de un puente divisor de voltaje (R1-R2, o R9-R4), y la ponderación es una variable que permite cambiar la constante de integración. La ecuación anterior se puede modificar según los acumuladores utilizados. A voltage variation is considered represented by x = (-0.25 * V<global>+ 2.5) * weighting, where V<global> is a voltage obtained from the battery voltage by using a voltage divider bridge (R1-R2, or R9-R4), and weighting is a variable that allows changing the integration constant. The above equation can be modified depending on the accumulators used.
La salida o respuesta del integrador digital con la forma general y = Integration(x), donde Integration( ) representa el cálculo integral, se puede calcular utilizando ya sea como una primera ecuación de progresividad que consiste en tomar el valor de x, definido anteriormente, y elevarlo a una potencia par (2, 4, 6, 8, etc.), por ejemplo, y = x<2>. The output or response of the digital integrator with the general form y = Integration(x), where Integration( ) represents the integral calculus, can be calculated using either as a first progressive equation which consists of taking the value of x, defined above, and raising it to an even power (2, 4, 6, 8, etc.), for example, y = x<2>.
Para acercarse aún más al integrador analógico (Figura 4A, Figura 4C), se puede utilizar una segunda ecuación de progresividad definida, por ejemplo, y de forma no limitativa, por Y = Tasa * (-ln(x)), siendo Tasa una constante de integración expresada en segundos. Esta ecuación permite imitar el comportamiento de un condensador cuyo voltaje en sus terminales evolucione de forma exponencial. To get even closer to the analog integrator (Figure 4A, Figure 4C), a second progression equation can be used, defined, for example, and not limited to, Y = Rate * (-ln(x)), where Rate is an integration constant expressed in seconds. This equation makes it possible to imitate the behavior of a capacitor whose voltage at its terminals evolves exponentially.
La Figura 4D muestra un diagrama para calcular la respuesta de un integrador digital según la segunda ecuación de progresividad. Cada paso de cálculo representa los componentes del dispositivo de detección que pueden estar involucrados en las operaciones de cálculo. El diagrama se puede dividir en tres fases: una fase de medición (PM) y comparación, una fase de integración (PI) y una fase de desconexión (PD). Figure 4D shows a diagram for calculating the response of a digital integrator according to the second progressiveness equation. Each calculation step represents the components of the sensing device that may be involved in the calculation operations. The diagram can be divided into three phases: a measurement (PM) and comparison phase, an integration phase (PI), and a dropout phase (PD).
En la fase de medición (PM), el puente divisor de tensión R1-R2 (o R9-R4) permite determinar una medición V = V<global>del voltaje en la entrada del dispositivo de detección, a partir del voltaje V1 de la batería. In the measurement phase (PM), the voltage divider bridge R1-R2 (or R9-R4) allows a measurement V = V<global> of the voltage at the input of the sensing device to be determined from the battery voltage V1.
La variable “ Refintegration” es la referencia de integración y corresponde a un valor de voltaje por debajo del cual se integrará la señal de entrada V. Si el voltaje V es mayor que la variable “ Refintegration” , la batería se encuentra en una situación de funcionamiento normal. Si V es inferior a la variable “ Refintegration” , la batería está funcionando de forma anormal, y se activa el proceso que puede conducir a la desconexión de dicha batería. Esta variable de “ Refintegration” es, por lo tanto, equivalente al voltaje de referencia V<2>. A continuación, se entra en la fase de integración, donde se debe calcular la respuesta del integrador. The variable “Refintegration” is the integration reference and corresponds to a voltage value below which the input signal V will be integrated. If the voltage V is greater than the variable “Refintegration”, the battery is in a normal operating situation. If V is lower than the variable “Refintegration”, the battery is functioning abnormally, and the process that can lead to the disconnection of said battery is activated. This variable “Refintegration” is therefore equivalent to the reference voltage V<2>. The integration phase then begins, where the integrator response must be calculated.
Si el voltaje V es inferior a la variable “ Refintegration” , el programa activa o bien el uso de una constante de integración normal en el cálculo realizado, o bien el uso de una ponderación para la constante de integración. Esta ponderación, tal como se representa en el cuadro PI, se utiliza si el voltaje es inferior a una segunda variable de comparación, denominada “ RapidThreshold” , que permite definir un umbral de voltaje a partir del cual la variable de “ ponderación” (definida anteriormente) se utiliza o no en el cálculo de la variación de voltaje. Por ejemplo, y de forma no limitativa, la variación de tensión tiene una forma general de tipo x = (pendiente * V<global>+ ordenada) * ponderación. If the voltage V is lower than the variable “ Refintegration” , the program activates either the use of a normal integration constant in the calculation performed, or the use of a weighting for the integration constant. This weighting, as represented in the PI table, is used if the voltage is lower than a second comparison variable, called “ RapidThreshold” , which allows defining a voltage threshold from which the “ weighting” variable (defined above) is used or not in the calculation of the voltage variation. For example, and not limited to, the voltage variation has a general form of type x = (slope * V<global>+ ordinate) * weighting.
Si la diferencia o variación del voltaje de entrada V, dV, entre un tiempo t1 y un tiempo t2 (o entre dos mediciones sucesivas del voltaje V), definida por dV = |V(t2) - V(t1)|, es mayor que la variable “ RapidThreshold” , la variable “ ponderación” toma el valor 5, por ejemplo. Si, por el contrario, dicha diferencia o variación del voltaje de entrada V, dV, es menor que la variable “ RapidThreshold” , la variable “ ponderación” toma el valor 1. Lo que corresponde al uso de una constante de integración normal. If the difference or variation of the input voltage V, dV, between a time t1 and a time t2 (or between two successive measurements of the voltage V), defined by dV = |V(t2) - V(t1)|, is greater than the variable “ RapidThreshold” , the variable “ weighting” takes the value 5, for example. If, on the contrary, said difference or variation of the input voltage V, dV, is less than the variable “ RapidThreshold” , the variable “ weighting” takes the value 1. Which corresponds to the use of a normal integration constant.
El intervalo de tiempo de medición del voltaje puede estar comprendido, por ejemplo, y de forma no limitativa, entre 1 ms y 100 ms. El valor de la variable “ RapidThreshold” se puede definir según el intervalo temporal de medición y monitorizando la variación de voltaje entre dos tiempos t1 y t2, correspondiente a dicho intervalo temporal, utilizados para realizar las mediciones de voltaje, con el fin de mejorar las condiciones de detección de condiciones anormales. Por ejemplo, y de forma no limitativa, para la Figura 4B, el intervalo de tiempo de medición utilizado es de 10 ms, y el valor “ RapidThreshold” es de 0,01 voltios. Esto corresponde a una caída de tensión dV = 0,01 voltios cada 10 ms. The voltage measurement time interval may be, for example, and not limited to, between 1 ms and 100 ms. The value of the variable "RapidThreshold" may be defined according to the measurement time interval and by monitoring the voltage variation between two times t1 and t2, corresponding to said time interval, used to perform the voltage measurements, in order to improve the conditions for detecting abnormal conditions. For example, and not limited to, for Figure 4B, the measurement time interval used is 10 ms, and the "RapidThreshold" value is 0.01 volts. This corresponds to a voltage drop dV = 0.01 volts every 10 ms.
Las variables “ Ordenada” y “ Pendiente” , que se obtienen almacenando los puntos de medición y calculándolos, por ejemplo, ajustando los datos de voltaje almacenados o utilizando dos puntos de la curva de voltaje almacenada entre dos tiempos t1 y t2 para deducir la “ pendiente” (para una variación de voltaje lineal) y, a continuación, la “ ordenada” , permiten definir la variación de voltaje. En el ejemplo en donde x = (-0,25 * V<global>+ 2,5) * ponderación, la pendiente es -0,25 y la ordenada es 2,5. The variables “Ordinate” and “Slope”, which are obtained by storing the measurement points and calculating them, for example, by fitting the stored voltage data or by using two points of the stored voltage curve between two times t1 and t2 to deduce the “slope” (for a linear voltage variation) and then the “ordinate”, allow to define the voltage variation. In the example where x = (-0.25 * V<global>+ 2.5) * weighting, the slope is -0.25 and the ordinate is 2.5.
El paso de comparar la variación de voltaje dV equivale a un paso de comparar la pendiente calculada con el valor de “ RapidThreshold” almacenado, es decir, si la pendiente supera el valor de “ RapidThreshold” , aplicar un coeficiente de ponderación (por ejemplo, 5) que aumente la aceleración de la evolución de la integral de modo que supere más rápidamente el umbral de voltaje de activación Td, o si no se supera, un coeficiente de ponderación sin efecto de aceleración (por ejemplo, 1). The step of comparing the voltage variation dV is equivalent to a step of comparing the calculated slope with the stored “RapidThreshold” value, i.e. if the slope exceeds the “RapidThreshold” value, applying a weighting coefficient (e.g. 5) that increases the acceleration of the evolution of the integral so that it exceeds the activation voltage threshold Td more quickly, or if it is not exceeded, a weighting coefficient with no acceleration effect (e.g. 1).
Una vez que se obtenga la variación de voltaje, la señal se integra según la segunda ecuación de progresividad, por ejemplo. La señal de salida corresponde, por lo tanto, a la integración de la señal de entrada. Once the voltage variation is obtained, the signal is integrated according to the second progressive equation, for example. The output signal therefore corresponds to the integration of the input signal.
La variable “ Coeficiente de progresividad” corresponde a una constante de integración (Tasa en la segunda ecuación de progresividad). The variable “Progressiveness coefficient” corresponds to an integration constant (Rate in the second progressiveness equation).
En la realización mediante integrador digital, los expertos en la materia comprenderán que el conjunto que utiliza los comparadores U1 y U2 se reemplaza por un microprocesador que desempeña el papel de un comparador digital (Un). Dicho microprocesador está equipado con una memoria de almacenamiento que permite almacenar las variables de umbral “ Refintegration” y “ RapidThreshold” , y las variables de cálculo “ Ordenada” y “ Pendiente” definidas según estos umbrales. La memoria también contiene el programa de cálculo que permite recopilar los puntos de la curva de voltaje (V<global>, etc.), las comparaciones y decisiones, la implementación de las ecuaciones, la integración y las decisiones representadas en el diagrama de flujo de la Figura 4D. Como entrada, el circuito digital solo recibe el voltaje V<global>desde el punto común de un puente divisor entre una resistencia R1 y una resistencia R2, y realiza mediciones según una frecuencia determinada para observar la curva de voltaje V<global>, seguidamente a partir de la detección del cruce del umbral de “ Refintegration” que, en el ejemplo de la Figura 4B, se elige por ser inferior a 3 voltios por elemento de celda, o 12 voltios para una batería de 4 elementos de celda en serie, a partir de este voltaje de referencia V<2>, el programa de microprocesador activa los cálculos para obtener la comparación con la variable “ RapidThreshold” de la variación dV del voltaje V<global>entre dos instantes sucesivos t1 y t2 (o entre dos mediciones sucesivas), a fin de determinar el uso o no de una variable de “ Ponderación” . Por lo tanto, en el caso de un arranque que provoque una caída significativa del voltaje de 14 hasta casi 6 voltios, la variable “ RapidThreshold” se establece, por ejemplo, y de forma no limitativa, en 0,01 voltios en el ejemplo de la Figura 4B. Se cruzará la variable “ RapidThreshold” y la integración se realizará con una ponderación para evitar un corte excesivamente rápido que impida el inicio. En el diagrama mostrado en la Figura 4<b>, se observa que el voltaje de la batería, que ha caído rápidamente hasta casi 6 voltios, y permanece constante durante aproximadamente 18 segundos, el circuito digital integra el valor constante en una línea recta, que permanece por debajo del voltaje de detección o activación Td, que se elige en 1 voltio. La respuesta del integrador o del voltaje de salida se puede obtener, por ejemplo y de forma no limitativa, con un programa como el definido en el apéndice de esta aplicación, donde la variable “ GeneralVoltage” corresponde al voltaje V<global>en un instante t1 = t, y la variable “ LastGeneralVoltage” representa el valor del voltaje V<global>en el instante t2 = t - 1. La variable “ ORDINATE_ORIGIN” corresponde a la variable “ Ordenada” definida anteriormente, y la variable “ LastIntegratedValue” corresponde al cálculo integral o a la respuesta del integrador. In the embodiment using a digital integrator, those skilled in the art will understand that the assembly using comparators U1 and U2 is replaced by a microprocessor acting as a digital comparator (Un). Said microprocessor is equipped with a storage memory that allows storing the threshold variables “Refintegration” and “RapidThreshold”, and the calculation variables “Ordinate” and “Slope” defined according to these thresholds. The memory also contains the calculation program that allows collecting the points of the voltage curve (V<global>, etc.), the comparisons and decisions, the implementation of the equations, the integration and the decisions represented in the flowchart of Figure 4D. As input, the digital circuit only receives the voltage V<global> from the common point of a divider bridge between a resistor R1 and a resistor R2, and makes measurements according to a determined frequency to observe the voltage curve V<global>, then from the detection of the crossing of the “Refintegration” threshold which, in the example of Figure 4B, is chosen to be less than 3 volts per cell element, or 12 volts for a battery of 4 cell elements in series, from this reference voltage V<2>, the microprocessor program activates the calculations to obtain the comparison with the variable “RapidThreshold” of the variation dV of the voltage V<global> between two successive instants t1 and t2 (or between two successive measurements), in order to determine whether or not to use a “Weighting” variable. Therefore, in the case of a start-up that causes a significant voltage drop from 14 to almost 6 volts, the variable “RapidThreshold” is set, for example, and not limited to, 0.01 volts in the example of Figure 4B. The variable “RapidThreshold” will be crossed and the integration will be performed with weighting to avoid an excessively rapid cut-off that would prevent the start. In the diagram shown in Figure 4<b>, it is observed that the battery voltage, which has dropped rapidly to almost 6 volts, and remains constant for approximately 18 seconds, the digital circuit integrates the constant value into a straight line, which remains below the detection or activation voltage Td, which is chosen at 1 volt. The integrator response or output voltage can be obtained, for example and without limitation, with a program such as the one defined in the appendix of this application, where the variable “GeneralVoltage” corresponds to the voltage V<global> at an instant t1 = t, and the variable “LastGeneralVoltage” represents the value of the voltage V<global> at the instant t2 = t - 1. The variable “ORDINATE_ORIGIN” corresponds to the variable “Ordered” defined above, and the variable “LastIntegratedValue” corresponds to the integral calculation or the integrator response.
El cálculo de la integral, o de la respuesta del integrador, puede comprender tener en cuenta las variables de “ Pendiente y/u Ordenada” calculadas por el microprocesador a partir de los datos de la curva de voltaje V<global>registrada. The calculation of the integral, or the integrator response, may involve taking into account the “Slope and/or Ordinate” variables calculated by the microprocessor from the data of the recorded voltage curve V<global>.
La integración se activa tan pronto como el voltaje general V<global>caiga por debajo de V<2>= Refintegration = 9 voltios. Integration is activated as soon as the overall voltage V<global> falls below V<2>= Refintegration = 9 volts.
Seguidamente, durante su uso, el voltaje de la batería cae repentinamente desde 14 voltios hasta aproximadamente 9 voltios, y luego disminuye lentamente con el tiempo a lo largo de una línea recta hasta 6 voltios. La ordenada de la línea es de aproximadamente 2,3 voltios y la pendiente es más baja que anteriormente, y la variación dV del voltaje entre dos mediciones sucesivas puede ser mayor (según el valor de la pendiente) que la variable “ RapidThreshold” (por ejemplo, 0,01 voltios en el ejemplo que se muestra en la Figura 4B). Subsequently, during use, the battery voltage suddenly drops from 14 volts to approximately 9 volts, and then slowly decreases over time along a straight line to 6 volts. The ordinate of the line is approximately 2.3 volts and the slope is lower than before, and the variation dV in voltage between two successive measurements can be greater (depending on the value of the slope) than the variable “RapidThreshold” (for example, 0.01 volts in the example shown in Figure 4B).
Cuando el valor en la salida de la integración alcance el umbral correspondiente al voltaje de detección o activación Td de 1 voltio, se activa el corte. When the value at the integration output reaches the threshold corresponding to the detection or activation voltage Td of 1 volt, the cut-off is activated.
Finalmente, en la versión o variante digital, durante un cortocircuito, el voltaje Vgiobai cae muy rápidamente hasta un valor muy bajo, se almacena un umbral de detección de cortocircuitos y, tan pronto como el procesador detecte que se cruza este umbral, activa la señal de desconexión. Finally, in the digital version or variant, during a short circuit, the Vgiobai voltage drops very quickly to a very low value, a short circuit detection threshold is stored and, as soon as the processor detects that this threshold is crossed, it activates the disconnection signal.
En la Figura 4B, que ilustra la señal de respuesta o salida de un integrador digital según el ejemplo descrito anteriormente, el integrador digital muestra un comportamiento similar al de un integrador analógico (Figura 4C) en el intervalo de tiempo comprendido entre t = 40 s y aproximadamente t = 120 s. In Figure 4B, which illustrates the response or output signal of a digital integrator according to the example described above, the digital integrator shows behavior similar to that of an analog integrator (Figure 4C) in the time interval between t = 40 s and approximately t = 120 s.
En la fase de desconexión, el cálculo de la respuesta se utiliza para comprobar si una desconexión debe activarse o no. La desconexión se activa cuando la respuesta del integrador es mayor que un umbral determinado correspondiente al voltaje de detección o activación Td. En el ejemplo anterior, ilustrado por la Figura 4B, la Figura 4C y la Figura 4D, este umbral se establece en aproximadamente 1 o 1,24 voltios. Por ejemplo, y de forma no limitativa, el valor umbral se puede normalizar a 1. In the turn-off phase, the response calculation is used to check whether a turn-off should be triggered or not. The turn-off is triggered when the integrator response is greater than a given threshold corresponding to the detection or trigger voltage Td. In the example above, illustrated by Figure 4B, Figure 4C, and Figure 4D, this threshold is set to approximately 1 or 1.24 volts. For example, and not limited to, the threshold value can be normalized to 1.
La Figura 4E y la Figura 4F ilustran, respectivamente, la respuesta de un integrador analógico y de un integrador digital cuando se detecta un cortocircuito. El intervalo de tiempo de medición se establece en 10 ms y el valor de la variable “ RapidThreshold” es igual a 0,1 V. Figure 4E and Figure 4F illustrate, respectively, the response of an analog integrator and a digital integrator when a short circuit is detected. The measurement time interval is set to 10 ms, and the “RapidThreshold” variable is set to 0.1 V.
En el ejemplo de la Figura 4F, que muestra la respuesta de un integrador digital, se puede observar una caída en el voltaje Vglobal en los terminales de la batería desde un valor de aproximadamente 14 V hasta un valor cercano a 0 V, en un intervalo de tiempo de entre 0,2 s y 0,3 s, y en el que el circuito integrador digital integra la señal de entrada con un valor de ponderación = 150, para aumentar la aceleración de la evolución de la integral. Esta ponderación se realiza de modo que la señal de salida o la respuesta crucen el umbral de activación Td = 10 V lo más rápido posible (que se establece en 14 V, en el caso del integrador analógico). Este valor de Td se puede normalizar a 1, como se mencionó anteriormente. De 0,3 s a aproximadamente 4,2 s, el valor de Vglobal permanece constante y cercano a 0 V, y la respuesta del circuito integrador digital es una línea recta que pasa por encima del voltaje de activación Td de la desconexión después de un período de aproximadamente 1 s. Cuando la batería vuelve a funcionar normalmente, después de 4,2 s, la respuesta del circuito integrador digital es cero. El comportamiento del integrador digital es similar al del circuito integrador analógico ilustrado en la Figura 4E. In the example of Figure 4F, which shows the response of a digital integrator, a drop in the voltage Vglobal at the battery terminals can be observed from a value of approximately 14 V to a value close to 0 V, in a time interval between 0.2 s and 0.3 s, and where the digital integrator circuit integrates the input signal with a weighting value = 150, in order to increase the acceleration of the evolution of the integral. This weighting is performed so that the output signal or the response crosses the trigger threshold Td = 10 V as quickly as possible (which is set to 14 V, in the case of the analog integrator). This Td value can be normalized to 1, as mentioned above. From 0.3 s to about 4.2 s, the value of Vglobal remains constant and close to 0 V, and the response of the digital integrator circuit is a straight line that passes above the turn-off trigger voltage Td after a period of about 1 s. When the battery returns to normal operation, after 4.2 s, the response of the digital integrator circuit is zero. The behavior of the digital integrator is similar to that of the analog integrator circuit illustrated in Figure 4E.
La Figura 4G y la Figura 4H ilustran, respectivamente, la respuesta de un integrador analógico y de un integrador digital cuando se detecta una descarga lenta o profunda. El intervalo de tiempo de medición también se establece en 10 ms y el valor de la variable “ RapidThreshold” es igual a 0,1 V. Figure 4G and Figure 4H illustrate, respectively, the response of an analog integrator and a digital integrator when a slow or deep discharge is detected. The measurement time interval is also set to 10 ms, and the value of the “RapidThreshold” variable is equal to 0.1 V.
Como se ilustra en la Figura 4H, durante la descarga lenta o profunda, la señal o el voltaje de entrada Vglobal cambia a una línea recta descendente desde 14 V hasta aproximadamente 5 V, en un intervalo de tiempo entre 0 y 116 s. El circuito integrador digital (o integrador digital) integra la señal de entrada, teniendo en cuenta un valor de ponderación igual a 150. El proceso de desconexión se activa cuando la curva de respuesta es mayor que el valor del voltaje de activación Td, establecido en este ejemplo en aproximadamente 10 V (que se establece en aproximadamente 14 V en el caso del integrador analógico). Al igual que en los casos de detección de condiciones anormales como una sobrecorriente (Figura 4B) o un cortocircuito (Figura 4F), el comportamiento del integrador digital también es similar al del circuito integrador analógico ilustrado en la Figura 4G, en caso de descarga lenta. As illustrated in Figure 4H, during slow or deep discharge, the input signal or voltage Vglobal changes to a straight line descending from 14 V to approximately 5 V, in a time interval between 0 and 116 s. The digital integrator circuit (or digital integrator) integrates the input signal, taking into account a weighting value equal to 150. The disconnection process is activated when the response curve is greater than the value of the activation voltage Td, set in this example at approximately 10 V (which is set to approximately 14 V in the case of the analog integrator). As in the cases of detection of abnormal conditions such as an overcurrent (Figure 4B) or a short circuit (Figure 4F), the behavior of the digital integrator is also similar to that of the analog integrator circuit illustrated in Figure 4G, in case of slow discharge.
Por lo tanto, los expertos en la técnica comprenderán que el sistema de gestión de baterías, tal como se describe en la presente solicitud, es adecuado para detectar condiciones anormales que comprenden al menos sobrecorriente, cortocircuito y descarga lenta o profunda. Esta detección se lleva a cabo sin tener que cambiar un componente electrónico del dispositivo de detección, que es único, ni tener que integrar un nuevo componente electrónico en base a las condiciones anormales que se deseen detectar. Otra ventaja es que no es necesario que el dispositivo de detección comprenda tantos circuitos electrónicos como condiciones anormales a detectar. Esto permite evitar una sobrecarga del sistema de gestión, que puede provocar problemas de mantenimiento en caso de avería (en particular, en la búsqueda del origen de la avería). Therefore, those skilled in the art will understand that the battery management system, as described in the present application, is suitable for detecting abnormal conditions comprising at least overcurrent, short circuit, and slow or deep discharge. This detection is carried out without having to change an electronic component of the detection device, which is unique, or having to integrate a new electronic component based on the abnormal conditions to be detected. Another advantage is that the detection device does not need to comprise as many electronic circuits as there are abnormal conditions to be detected. This makes it possible to avoid overloading the management system, which can cause maintenance problems in the event of a breakdown (in particular, in tracing the source of the breakdown).
La Figura 4I y la Figura 4J ilustran, respectivamente, la respuesta de un integrador analógico y de un integrador digital a una descarga V/2. La descarga V/2, que se produce durante un período corto, por ejemplo, unos 15 s, permite determinar la corriente máxima admitida por la batería. Figure 4I and Figure 4J illustrate, respectively, the response of an analog integrator and a digital integrator to a V/2 discharge. The V/2 discharge, which occurs over a short period, for example, about 15 s, makes it possible to determine the maximum current admitted by the battery.
En ciertas realizaciones, el sistema (1) de gestión de baterías (BMS) para acumuladores comprende al menos aproximadamente un comparador U1, un puente divisor (R1, R2, o R9, R4) montado entre los terminales del conjunto modular de la batería (4) o de una sola celda de la batería (4) cuyo punto común con las resistencias está conectado a la entrada del terminal negativo del comparador U1, para suministrar un voltaje cuyo valor sea proporcional al voltaje V1, en la relación definida por los valores de las dos resistencias (R1, R2 o R9, R4), y el terminal positivo del el comparador está conectado a un diodo o una celda de suministro (no se muestra) para definir el voltaje de referencia V2. In certain embodiments, the battery management system (1) for accumulators comprises at least approximately a comparator U1, a divider bridge (R1, R2, or R9, R4) mounted between the terminals of the modular battery assembly (4) or of a single battery cell (4) whose common point with the resistors is connected to the input of the negative terminal of the comparator U1, to supply a voltage whose value is proportional to the voltage V1, in the ratio defined by the values of the two resistors (R1, R2 or R9, R4), and the positive terminal of the comparator is connected to a diode or a supply cell (not shown) to define the reference voltage V2.
En ciertas realizaciones, el conjunto integrador comprende una resistencia R5 conectada entre el punto común del puente divisor R1, R2 y la entrada negativa del comparador U1, y un conjunto de resistencia R8 y condensador C5, montado en serie mediante un terminal común, está conectado por el otro terminal de C5 a la salida del comparador U1, y el otro terminal de R8 está conectado al punto común de las dos resistencias R5, R8 y a la entrada negativa de U1, se ajustan los valores R5 y C1 para establecer el tiempo de intervención de la desconexión antes del deterioro de la batería (4) en caso de detección de sobrecorriente. In certain embodiments, the integrating assembly comprises a resistor R5 connected between the common point of the divider bridge R1, R2 and the negative input of the comparator U1, and a set of resistor R8 and capacitor C5, mounted in series by means of a common terminal, is connected by the other terminal of C5 to the output of the comparator U1, and the other terminal of R8 is connected to the common point of the two resistors R5, R8 and to the negative input of U1, the values of R5 and C1 are adjusted to establish the disconnection intervention time before the deterioration of the battery (4) in case of overcurrent detection.
En ciertas realizaciones, el comparador U1 tiene, en su terminal de salida, un voltaje cuyo valor caracteriza un estado “ no conductor” si el voltaje aplicado a la entrada del terminal negativo del amplificador U1 es mayor que el valor del voltaje de referencia V2, y un estado “ conductor” si el valor del voltaje aplicado a la entrada del terminal negativo del amplificador U1 es inferior al valor del voltaje de referencia V2. In certain embodiments, comparator U1 has, at its output terminal, a voltage whose value characterizes a “non-conducting” state if the voltage applied to the input of the negative terminal of amplifier U1 is greater than the value of the reference voltage V2, and a “conducting” state if the value of the voltage applied to the input of the negative terminal of amplifier U1 is less than the value of the reference voltage V2.
En ciertas realizaciones, el dispositivo (2) de detección comprende un condensador C3 montado en paralelo con R2 que, combinado con R1, forma un filtro para filtrar las perturbaciones de alta frecuencia. In certain embodiments, the detection device (2) comprises a capacitor C3 mounted in parallel with R2 which, combined with R1, forms a filter for filtering out high frequency disturbances.
En ciertas realizaciones, montado en paralelo con R9, hay un conjunto en serie que consiste en una resistencia R3, un diodo D3 con el cátodo orientado hacia el terminal positivo, y un diodo Zener D4 con el cátodo orientado hacia el punto común del puente divisor R9, R4, un condensador C5 que conecta el punto común del puente R9, R4 al terminal negativo de la batería (4) o del conjunto modular de elementos individuales. El par (R3, C5) se puede configurar para obtener una constante de tiempo rápida, y el par (R9, C5) se puede configurar para obtener una constante de tiempo lenta. In certain embodiments, mounted in parallel with R9 is a series assembly consisting of a resistor R3, a diode D3 with the cathode facing the positive terminal, and a Zener diode D4 with the cathode facing the common point of the divider bridge R9, R4, a capacitor C5 connecting the common point of the bridge R9, R4 to the negative terminal of the battery (4) or of the modular array of individual elements. The pair (R3, C5) may be configured to obtain a fast time constant, and the pair (R9, C5) may be configured to obtain a slow time constant.
En ciertas realizaciones, un circuito comparador U2 con histéresis, dispuesto corriente abajo del circuito comparador U1, comprende un conjunto de histéresis alrededor del amplificador U2, que recibe, en la entrada de su terminal negativo, el valor del voltaje de la salida del amplificador U1. In certain embodiments, a comparator circuit U2 with hysteresis, arranged downstream of the comparator circuit U1, comprises a hysteresis array around the amplifier U2, which receives, at the input of its negative terminal, the voltage value of the output of the amplifier U1.
En ciertas realizaciones, el comparador de histéresis U2 comprende las resistencias R3, R4 montadas como un puente divisor entre los terminales positivo y negativo de la batería (4) V1, y cuyo punto común a R3 y R4 está conectado a la entrada positiva del comparador U2 y una resistencia R6 de la cual conecta la salida de U2 a su entrada positiva, para definir el umbral y la histéresis del circuito comparador de histéresis. que comprende el amplificador U2. In certain embodiments, the hysteresis comparator U2 comprises resistors R3, R4 mounted as a divider bridge between the positive and negative terminals of the battery (4) V1, and whose common point to R3 and R4 is connected to the positive input of the comparator U2 and a resistor R6 of which connects the output of U2 to its positive input, so as to define the threshold and the hysteresis of the hysteresis comparator circuit comprising the amplifier U2.
En ciertas realizaciones, el dispositivo (2) de detección comprende una resistencia R7 conectada al terminal positivo de la batería (4), en serie con un diodo D1, en el sentido directo en funcionamiento normal, y un condensador C2 conectado, por un lado, al cátodo del diodo y, por otro lado, al terminal negativo de la batería (4), para permitir que se cargue durante el funcionamiento normal; las entradas de suministro de los dos comparadores U1, U2 están conectadas al punto común a D1 y C2, y este punto común se utiliza para mantener el suministro de los amplificadores U1 y/o U2 cuando el voltaje de la batería (4) colapse tras un cortocircuito, para permitir la activación de la desconexión. In certain embodiments, the detection device (2) comprises a resistor R7 connected to the positive terminal of the battery (4), in series with a diode D1, in the forward direction in normal operation, and a capacitor C2 connected, on the one hand, to the cathode of the diode and, on the other hand, to the negative terminal of the battery (4), to allow it to be charged during normal operation; the supply inputs of the two comparators U1, U2 are connected to the common point to D1 and C2, and this common point is used to maintain the supply of the amplifiers U1 and/or U2 when the voltage of the battery (4) collapses following a short circuit, to allow the disconnection to be triggered.
En ciertas realizaciones, el voltaje de referencia V2 en la entrada positiva del comparador U1 se suministra mediante un diodo D2, que es un Zener de 16 V. Este diodo también está conectado mediante una resistencia R1 al punto común a D1 y C2. El cátodo del diodo D2 también está conectado mediante un condensador C1 al terminal negativo de la batería (4) o al conjunto modular de elementos. El diodo D2 también se puede reemplazar por una referencia de voltaje. In certain embodiments, the reference voltage V2 at the positive input of comparator U1 is supplied by a diode D2, which is a 16 V Zener. This diode is also connected by a resistor R1 to the common point of D1 and C2. The cathode of diode D2 is also connected by a capacitor C1 to the negative terminal of the battery (4) or to the modular array of elements. Diode D2 can also be replaced by a voltage reference.
En ciertas realizaciones, el comparador de histéresis U2 comprende un condensador (C4, Figura 1, o C3, Figura 2), conectado en paralelo con una resistencia (R4, Figura 1, o r 3, Figura 2) y que, combinado con otra resistencia (R3, Figura 1, o R2, Figura 2), forma un filtro para filtrar las perturbaciones de alta frecuencia y configurar un tiempo mínimo de desconexión. In certain embodiments, the hysteresis comparator U2 comprises a capacitor (C4, Figure 1, or C3, Figure 2), connected in parallel with a resistor (R4, Figure 1, or R3, Figure 2) and which, combined with another resistor (R3, Figure 1, or R2, Figure 2), forms a filter for filtering out high frequency disturbances and setting a minimum disconnection time.
En ciertas realizaciones, la entrada positiva del comparador de histéresis U2, Figura 2, está conectada mediante una resistencia R2 al punto común a R3, R9 y R7. In certain embodiments, the positive input of hysteresis comparator U2, Figure 2, is connected via a resistor R2 to the common point of R3, R9, and R7.
En ciertas realizaciones, el dispositivo (2) de detección comprende un flip-flop conectado a la salida de U1 o U2 para almacenar cada acción del dispositivo (2) de detección después de cada detección de descargas profundas, descargas de sobrecorriente y descargas de cortocircuito. In certain embodiments, the detection device (2) comprises a flip-flop connected to the output of U1 or U2 to store each action of the detection device (2) after each detection of deep discharges, overcurrent discharges and short circuit discharges.
En ciertas realizaciones, el sistema (1) de gestión de baterías (BMS) se comunica a través del dispositivo (2) de detección con un dispositivo (3) de desconexión contenido en la batería. El dispositivo de desconexión está conectado, por un lado, al polo negativo de cada bloque modular o de cada batería y, por otro lado, al terminal negativo de la batería (4), y utiliza al menos dos MOSFET (M1, M2). In certain embodiments, the battery management system (BMS) (1) communicates via the detection device (2) with a disconnection device (3) contained in the battery. The disconnection device is connected, on the one hand, to the negative pole of each modular block or of each battery and, on the other hand, to the negative terminal of the battery (4), and uses at least two MOSFETs (M1, M2).
En otra realización, el sistema (1) de gestión de baterías (BMS) comprende, como se ilustra en la Figura 7, un dispositivo (3) de desconexión que se comunica con el dispositivo (2) de detección. El dispositivo de desconexión está conectado, por un lado, al polo negativo de cada bloque modular o de cada batería y, por otro lado, al terminal negativo de la batería (4), y utiliza al menos dos MOSFET (M1, M2). In another embodiment, the battery management system (1) (BMS) comprises, as illustrated in Figure 7, a disconnection device (3) that communicates with the detection device (2). The disconnection device is connected, on the one hand, to the negative pole of each modular block or of each battery and, on the other hand, to the negative terminal of the battery (4), and uses at least two MOSFETs (M1, M2).
El dispositivo (3) de desconexión comprende un dispositivo (30, 31) de conmutación que puede ser electromecánico, un relé, por ejemplo, o un semiconductor. The disconnection device (3) comprises a switching device (30, 31) which may be electromechanical, a relay, for example, or a semiconductor.
Preferiblemente, el dispositivo de desconexión debe tener un consumo estático muy bajo tanto en el estado encendido (conductor) como en el estado apagado (no conductor). Por ejemplo y de forma no limitativa, un relé biestable o un transistor MOSFET cumplen con este requisito. Ideally, the disconnect device should have very low static power consumption both in the on (conducting) state and in the off (non-conducting) state. For example, and not limited to, a bistable relay or a MOSFET transistor meet this requirement.
En ciertas realizaciones, el dispositivo (3) de desconexión comprende un primer dispositivo (30) de conmutación en el que In certain embodiments, the disconnect device (3) comprises a first switching device (30) in which
un primer transistor (MOSFET) M1 de efecto de campo conectado por su fuente al terminal negativo de un conjunto de elementos individuales, este MOSFET M1 recibe, en su puerta, la fuente de voltaje que controla M1 (que proviene o bien de la salida del comparador U1, en la variante de la Figura 2, o bien de la salida del comparador de histéresis U2, en la variante de la Figura 1). Esta fuente suministra un voltaje elegido (por ejemplo, de 6 a 10 V) para que M1 esté encendido; a first field-effect transistor (MOSFET) M1 connected by its source to the negative terminal of a set of individual elements, this MOSFET M1 receiving, at its gate, the voltage source controlling M1 (which comes either from the output of the comparator U1, in the variant of Figure 2, or from the output of the hysteresis comparator U2, in the variant of Figure 1). This source supplies a chosen voltage (for example, 6 to 10 V) so that M1 is turned on;
un diodo Zener D3 está conectado en oposición entre la puerta y la fuente de M1, y un condensador C2 para proteger la puerta del MOSFET de voltajes excesivamente elevados o de alta frecuencia; y A Zener diode D3 is connected in opposition between the gate and source of M1, and a capacitor C2 to protect the MOSFET gate from excessively high or high-frequency voltages; and
un diodo Zener D1 montado en posición opuesta entre la puerta de M1 y el drenaje, y con una resistencia R3 y un diodo D2 en el sentido directo en el sentido drenaje-rejilla limitan la velocidad de conmutación de M1; y a Zener diode D1 mounted opposite the gate of M1 and the drain, and with a resistor R3 and a diode D2 in the forward direction in the drain-to-grid direction limit the switching speed of M1; and
un circuito que consiste en un diodo (convencional) o un diodo Schottky D4 montado en oposición en el drenaje de M1, y en serie con un condensador C1 y una resistencia R1 conectados al terminal positivo de la batería (4), para limitar también la sobretensión al abrir M1. En paralelo, en el diodo o el diodo Schottky D4 se monta una resistencia, por ejemplo, fija o variable, I1, conectada, por un lado, al cátodo del diodo y, por otro lado, al drenaje de un segundo MOSFET M2 cuya fuente está conectada al ánodo del diodo o del diodo Schottky D4. La puerta de M2 está controlada por una salida del circuito de detección analógico o digital, para evitar o cortar la carga o la corriente de carga (Figura 7). La resistencia I1 permite limitar la corriente de carga. a circuit consisting of a (conventional) diode or a Schottky diode D4 mounted opposite each other on the drain of M1, and in series with a capacitor C1 and a resistor R1 connected to the positive terminal of the battery (4), so as to also limit the overvoltage when M1 is opened. In parallel, on the diode or the Schottky diode D4 there is mounted a resistor, for example fixed or variable, I1, connected, on the one hand, to the cathode of the diode and, on the other hand, to the drain of a second MOSFET M2 whose source is connected to the anode of the diode or the Schottky diode D4. The gate of M2 is controlled by an output of the analog or digital detection circuit, so as to prevent or cut off the charge or the charging current (Figure 7). The resistor I1 makes it possible to limit the charging current.
La Figura 5 ilustra el primer elemento (30) de conmutación y el interruptor para la descarga. Figure 5 illustrates the first switching element (30) and the switch for discharge.
En esta realización, la batería (4) es utilizada por un dispositivo externo (5), por ejemplo, y de manera no limitativa, por un motor de arranque caracterizado por el par L1-R5. In this embodiment, the battery (4) is used by an external device (5), for example, and not limited to, by a starter motor characterized by the torque L1-R5.
El diodo D4 es conductor cuando la batería (4) se está descargando. Debe soportar la corriente de cortocircuito durante al menos 10 ms y disipar las pérdidas de Joule durante una descarga de alta corriente. En el caso de una batería (4) formada por un conjunto “ 8S1P” de 8 celdas individuales en serie, con un voltaje de circuito abierto de 26,4 V y una resistencia interna de 0,1 ohmios (con las conexiones), la corriente de cortocircuito puede alcanzar los 264 A. Diode D4 is conductive when the battery (4) is discharging. It must withstand the short-circuit current for at least 10 ms and dissipate Joule losses during a high current discharge. In the case of a battery (4) consisting of an “8S1P” array of 8 individual cells in series, with an open circuit voltage of 26.4 V and an internal resistance of 0.1 ohm (including connections), the short-circuit current can reach 264 A.
Al abrir el MOSFET M1, puede producirse una sobretensión mayor que el voltaje de la fuente de drenaje, Vds, de M1, debido a la cancelación de la corriente en el inductor L1. D3 y C2, que luego actúan como un filtro para proteger la puerta del MOSFET M1 de voltajes excesivamente altos o de alta frecuencia, y evitar que se destruya. When MOSFET M1 is turned on, an overvoltage greater than the drain-source voltage, Vds, of M1 may occur due to the cancellation of the current in inductor L1. D3 and C2 then act as a filter to protect the gate of MOSFET M1 from excessively high or high frequency voltages, and prevent it from being destroyed.
El diodo Zener D1, con la resistencia R3 y el diodo D2, permiten limitar la velocidad de conmutación de M1 para que no oscile. La conmutación (en voltaje) se define por la apertura y el cierre del MOSFET M1, es decir, su estado apagado y su estado encendido. Zener diode D1, along with resistor R3 and diode D2, limits the switching speed of M1 so that it does not oscillate. Switching (in voltage) is defined by the opening and closing of MOSFET M1, i.e., its off state and its on state.
En ciertas realizaciones, el dispositivo (3) de desconexión comprende un segundo dispositivo (31) de conmutación optoacoplador en el que In certain embodiments, the disconnection device (3) comprises a second optocoupler switching device (31) in which
un primer MOSFET M1 conectado por su fuente al terminal negativo de un conjunto de elementos individuales, la puerta de este MOSFET M1 está controlada por un voltaje, suministrando esta fuente un voltaje elegido de modo que M1 esté siempre encendido, a first MOSFET M1 connected by its source to the negative terminal of a set of individual elements, the gate of this MOSFET M1 is controlled by a voltage, this source supplying a voltage chosen so that M1 is always on,
un circuito que consiste en un diodo (convencional) o un diodo Schottky D4 montado en oposición en el drenaje de M1, en paralelo en el diodo Schottky D4, se monta una resistencia fija, I1, conectada, por un lado, al cátodo del diodo Zener D4 y, por otro lado, al drenaje de un segundo MOSFET M2 cuya fuente está conectada al ánodo del diodo Schottky D4, estando la puerta de M2 conectada al terminal positivo de dicho conjunto de elementos individuales, a circuit consisting of a (conventional) diode or a Schottky diode D4 mounted opposite each other on the drain of M1, in parallel on the Schottky diode D4, a fixed resistor, I1, is mounted, connected, on the one hand, to the cathode of the Zener diode D4 and, on the other hand, to the drain of a second MOSFET M2 whose source is connected to the anode of the Schottky diode D4, the gate of M2 being connected to the positive terminal of said set of individual elements,
un diodo Zener D6 y una resistencia R6 en serie con la puerta de M2, estando el diodo Zener D6 montado en el sentido directo en el sentido drenaje-puerta, a Zener diode D6 and a resistor R6 in series with the gate of M2, with the Zener diode D6 mounted in the forward direction in the drain-gate direction,
un diodo Zener D5 montado en oposición entre la puerta y la fuente de M2 para definir, con el diodo Zener D6, el valor del voltaje en la puerta de M2, y en el cual M2 está encendido, a Zener diode D5 mounted in opposition between the gate and the source of M2 to define, with the Zener diode D6, the value of the voltage at the gate of M2, and at which M2 is turned on,
un condensador C5 conectado entre la puerta y la fuente de M2, y en paralelo con el diodo Zener D5, para proteger la puerta de M2 de los voltajes de alta frecuencia, a capacitor C5 connected between the gate and source of M2, and in parallel with Zener diode D5, to protect the gate of M2 from high frequency voltages,
un optoacoplador OP1 montado entre la puerta y la fuente de M2, y en paralelo con el condensador C5 para bloquear M2 en caso de que se supere el voltaje o la temperatura de un elemento celular o del conjunto de elementos celulares individuales, cortando entonces el MOSFET M2 la corriente de carga. an optocoupler OP1 mounted between the gate and source of M2, and in parallel with capacitor C5 to block M2 in case the voltage or temperature of an individual cell element or set of cell elements is exceeded, then MOSFET M2 cutting off the load current.
El valor apropiado de la resistencia fija I1 se puede obtener sustituyendo dicha resistencia por una resistencia variable y modificando dinámicamente su valor (por ejemplo, y de forma no limitativa, mediante simulación). The appropriate value of the fixed resistor I1 can be obtained by replacing said resistor with a variable resistor and dynamically modifying its value (for example, and not limited to, by simulation).
La Figura 6 ilustra el segundo dispositivo (30) de conmutación y el punto de corte de carga. Figure 6 illustrates the second switching device (30) and the load cut-off point.
En esta realización, la batería (4) se carga mediante un dispositivo externo (5), por ejemplo, y de forma no limitativa, un alternador o un cargador caracterizados por el par V4 - R5. In this embodiment, the battery (4) is charged by an external device (5), for example, and not limited to, an alternator or a charger characterized by the pair V4 - R5.
El dispositivo externo proporciona, por ejemplo, y de forma no limitativa, 28 V en funcionamiento normal, pero puede emitir un mayor voltaje en caso de fallo en su regulador. Las pruebas estandarizadas arrojan un voltaje de 1,5 veces el voltaje nominal de la batería, es decir, 42 V. En realidad, es posible que este voltaje alcance los 80 V. The external device provides, for example, but not limited to, 28 V in normal operation, but can output a higher voltage if its regulator fails. Standardized tests show a voltage 1.5 times the battery's nominal voltage, i.e., 42 V. In reality, this voltage can reach 80 V.
La limitación de la corriente de carga la proporciona el diodo D4 que conduce en el sentido de descarga, y se bloquea en el sentido de carga, en paralelo con una resistencia limitadora de corriente. The charging current is limited by diode D4, which conducts in the discharge direction and is blocked in the charge direction, in parallel with a current-limiting resistor.
Por lo tanto, el diodo D4 debe soportar la corriente de cortocircuito. Esto es factible para una batería modular, pero muy difícil para una batería de alta capacidad. De hecho, una batería no modular de 17 Ah, por ejemplo, puede suministrar una corriente de cortocircuito de más de 1800 A. Por lo tanto, el diodo debería ser capaz de conducir esta corriente. Los diodos que pueden conducir esta corriente no existen como “ componentes electrónicos” y, en la práctica, se pueden conectar en paralelo varios componentes de menor corriente. Sin embargo, equilibrar las corrientes de diodo en paralelo es casi imposible, debido a que el voltaje directo disminuye bruscamente con la temperatura. Por lo tanto, el diodo más caliente conduce toda la corriente, lo que aumenta aún más su temperatura, hasta que se destruye. Diode D4 must therefore withstand the short-circuit current. This is feasible for a modular battery, but very difficult for a high-capacity battery. In fact, a non-modular 17 Ah battery, for example, can supply a short-circuit current of over 1800 A. Therefore, the diode must be able to conduct this current. Diodes that can conduct this current do not exist as "electronic components," and in practice, several lower-current components can be connected in parallel. However, balancing diode currents in parallel is almost impossible because the forward voltage drops sharply with temperature. Therefore, the hottest diode conducts all the current, which further increases its temperature, until it is destroyed.
El MOSFET M1 está configurado en su puerta para estar siempre encendido. El diodo D4 se bloquea durante la recarga, y la corriente de carga atraviesa I1 y M2. El I1 también puede ser una combinación de resistencias y poliinterruptores, o un regulador de corriente semiconductor. M2 está encendido cuando su voltaje puerta-fuente V<gs>es de 10 V, por ejemplo. MOSFET M1 is configured at its gate to be always on. Diode D4 is blocked during recharging, and the charge current flows through I1 and M2. I1 can also be a combination of resistors and polyswitches, or a semiconductor current regulator. M2 is on when its gate-to-source voltage V<gs> is 10 V, for example.
D6 es un diodo Zener de 18 V, por ejemplo, y D5 es un diodo Zener de 10 V. Por lo tanto, bajo un voltaje de 28 V (voltaje del alternador o del cargador), D6 y d 5 están en el límite de la conducción, no hay corriente en R6 y V<gs>= 10 V. Los valores de voltaje de los diodos D5 y D6 permiten, por lo tanto, definir el valor del voltaje puerta-fuente del MOSFET M2. El C5 protege la puerta del m Os FeT M2 de los voltajes de alta frecuencia. D6 is an 18 V Zener diode for example and D5 is a 10 V Zener diode. Therefore, under a voltage of 28 V (alternator or charger voltage), D6 and d 5 are at the limit of conduction, there is no current in R6 and V<gs>= 10 V. The voltage values of the diodes D5 and D6 therefore make it possible to define the value of the gate-source voltage of the MOSFET M2. C5 protects the gate of the MOSFET M2 from high frequency voltages.
La detección de un fallo en el cargador comprende dos mediciones: la medición del voltaje de cada elemento y la medición del voltaje total. Si el voltaje de un elemento supera los 4 V o si el voltaje total supera los 32 V, entonces el dispositivo (31) de conmutación se acciona para conmutar a la carga. La carga es nuevamente posible cuando el voltaje caiga por debajo de 26 V, por ejemplo, debido a un comparador de histéresis. The detection of a charger fault comprises two measurements: the measurement of the voltage of each cell and the measurement of the total voltage. If the voltage of one cell exceeds 4 V or if the total voltage exceeds 32 V, then the switching device (31) is actuated to switch to charging. Charging is possible again when the voltage drops below 26 V, for example due to a hysteresis comparator.
En la variante digital, el microprocesador se conectará con la batería para recibir, en sus entradas, tanto un voltaje representativo del voltaje de cada elemento celular V<cec>que constituye la batería, como también la medición de voltaje general V<global>de la batería, disponible en los conductores que conducen a los terminales exteriores de la batería. El programa ejecutable por el microprocesador comprenderá un módulo de código que monitoriza estos dos voltajes V<cec>y V<global>; tras comparar cada uno con un umbral almacenado determinado respectivo, activa el corte activando el elemento (31) de desconexión cuando se supere este umbral. In the digital variant, the microprocessor will be connected to the battery to receive, at its inputs, both a voltage representative of the voltage of each cell element V<cec> constituting the battery, and also the measurement of the general voltage V<global> of the battery, available on the conductors leading to the external terminals of the battery. The program executable by the microprocessor will comprise a code module that monitors these two voltages V<cec> and V<global>; after comparing each one with a respective determined stored threshold, it activates the cut-off by activating the disconnection element (31) when this threshold is exceeded.
Si se supera el voltaje o la temperatura de un solo elemento, el optoacoplador OP1 bloquea M2. De hecho, el optoacoplador OP1 comprende un LED (diodo emisor de luz) y un transistor. Por lo tanto, si se excede el voltaje o la temperatura de un solo elemento, una corriente fluye a través del LED y hace que el transistor conduzca. El voltaje puerta-fuente V<gs>del MOSFET M2 se devuelve a cerca de 0 V (V<cesat>para el voltaje de saturación colector-emisor de OP1). M2 corta entonces la corriente de carga (D4 y M2 se bloquean). If the voltage or temperature of a single element is exceeded, optocoupler OP1 blocks M2. In fact, optocoupler OP1 comprises an LED (light-emitting diode) and a transistor. Therefore, if the voltage or temperature of a single element is exceeded, a current flows through the LED and causes the transistor to conduct. The gate-to-source voltage V<gs> of MOSFET M2 returns to near 0 V (V<cesat> for the collector-emitter saturation voltage of OP1). M2 then cuts off the load current (D4 and M2 are blocked).
La corriente en el LED del OP1 se toma del punto común entre M1 y la batería, por lo tanto, del voltaje de la batería (4), como se muestra en la Figura 6, debido a la desconexión entre los 0 V de la batería y los 0 V del alternador o del cargador. The current in the OP1 LED is taken from the common point between M1 and the battery, therefore from the battery voltage (4), as shown in Figure 6, due to the disconnection between the 0 V of the battery and the 0 V of the alternator or charger.
Otra realización alternativa del dispositivo de detección es posible mediante el uso de un circuito RC de paso bajo, componentes no lineales (diodos y Zener) y un comparador U1. Un conjunto de detección de sobrevoltaje alrededor del comparador U2. Another alternative embodiment of the detection device is possible by using a low-pass RC circuit, nonlinear components (diodes and Zener diodes), and a comparator U1. An overvoltage detection assembly is provided around comparator U2.
Cabe señalar que esta variante también se basa en la comparación de voltaje mediante el uso de un puente divisor R9, R4 y un comparador U1 que envía la señal de desconexión directamente al conjunto de desconexión mostrado en las Figuras 3 y 4. El conjunto también utiliza el mismo principio de suministro mediante R7, D1, C2 de los comparadores U1 y U2, para garantizar la detección incluso cuando el voltaje de la batería (4) colapse debido a un cortocircuito. El montaje de histéresis de U2 (Figura 2) para R5, R6, C3, es idéntico al de la Figura 1 para R6, R4, C4. Solo la resistencia R2 (Figura 2) está conectada en primer lugar al punto común de R5, C3 y al terminal positivo del comparador U2, y en segundo lugar al punto común de R9 y R3. It should be noted that this variant is also based on voltage comparison by using a divider bridge R9, R4 and a comparator U1 which sends the disconnection signal directly to the disconnection assembly shown in Figures 3 and 4. The assembly also uses the same supply principle by means of R7, D1, C2 of the comparators U1 and U2, to ensure detection even when the battery (4) voltage collapses due to a short circuit. The hysteresis assembly of U2 (Figure 2) for R5, R6, C3, is identical to that of Figure 1 for R6, R4, C4. Only the resistor R2 (Figure 2) is connected firstly to the common point of R5, C3 and to the positive terminal of the comparator U2, and secondly to the common point of R9 and R3.
La entrada positiva del comparador de histéresis U2 (Figura 2) está conectada mediante una resistencia R2 al punto común a R3, R9 y R7. The positive input of the hysteresis comparator U2 (Figure 2) is connected via a resistor R2 to the common point of R3, R9 and R7.
Un diodo Zener D2 está conectado, por un lado, a la entrada positiva del comparador de histéresis U2 y, por otro lado, mediante una resistencia R1 al punto común a D1 y C2. El cátodo del diodo D2 también está conectado mediante un condensador C1 al terminal negativo de la batería (4) o al conjunto modular de elementos. A Zener diode D2 is connected, on the one hand, to the positive input of the hysteresis comparator U2 and, on the other hand, via a resistor R1 to the common point of D1 and C2. The cathode of diode D2 is also connected via a capacitor C1 to the negative terminal of the battery (4) or to the modular set of elements.
En paralelo con R9, se monta un conjunto en serie que consiste en una resistencia R3, un diodo D3 con el cátodo orientado hacia el terminal positivo, y un diodo Zener D4 con el cátodo orientado hacia el punto común del puente divisor R9, R4. Un condensador C5 conecta el punto común del puente R9, R4 al terminal negativo de la batería (4) o de la celda o del conjunto de celdas modulares. In parallel with R9, a series assembly is mounted consisting of a resistor R3, a diode D3 with the cathode facing the positive terminal, and a Zener diode D4 with the cathode facing the common point of the divider bridge R9, R4. A capacitor C5 connects the common point of the bridge R9, R4 to the negative terminal of the battery (4) or of the cell or of the modular cell assembly.
En funcionamiento, como antes, V1 representa el voltaje de la batería (4). El voltaje de referencia V2 en la entrada positiva del comparador U1 lo suministra un diodo D2, que es un Zener de 16 V. Este diodo también está conectado mediante una resistencia R1 al punto común a D1 y C2. El cátodo del diodo D2 también está conectado mediante un condensador C1 al terminal negativo de la batería (4) o al conjunto modular de elementos. Por lo tanto, el diodo D2 es polarizado por R1 y filtrado por C1. El voltaje de la batería (4) se divide por R9 - R4, de modo que cuando el voltaje de la batería (4) alcance lentamente (en descarga) el voltaje del punto final (o EPV, que es de 18 V para una batería de 24 V, y 9 V para una de 12 V), el voltaje en la entrada negativa de U1 cambia a 16 V, lo que hace que el comparador U1 pase del estado “ conductor” al estado “ no conductor” (o del 1 al 0, en notación binaria). In operation, as before, V1 represents the battery voltage (4). The reference voltage V2 at the positive input of comparator U1 is supplied by diode D2, which is a 16 V Zener. This diode is also connected via resistor R1 to the common point of D1 and C2. The cathode of diode D2 is also connected via capacitor C1 to the negative terminal of the battery (4) or to the modular array of elements. Diode D2 is therefore biased by R1 and filtered by C1. The battery voltage (4) is divided by R9 - R4, so that when the battery voltage (4) slowly reaches (in discharge) the end point voltage (or EPV, which is 18V for a 24V battery, and 9V for a 12V battery), the voltage at the negative input of U1 changes to 16V, which causes the comparator U1 to go from the “conducting” state to the “non-conducting” state (or from 1 to 0, in binary notation).
Por debajo del voltaje del punto final, o EPV, la constancia temporal de R9 - C5 hace que el U1 se conmute con un retardo típico de 1 s a 30 s. El retardo es tanto más corto cuanto más por debajo del EPV esté el voltaje. Para voltajes muy bajos, que corresponden a una fuerte sobrecorriente o un cortocircuito, R3, D3 y D4 vienen en paralelo con R9, lo que reduce el tiempo de conmutación del U1 a menos de un segundo (0,1 s, normalmente). El D4 es un Zener de 4,7 V, por ejemplo. Below the end-point voltage, or EPV, the time constancy of R9-C5 causes U1 to switch with a typical delay of 1 to 30 s. The delay is shorter the further below the EPV the voltage is. For very low voltages, corresponding to a large overcurrent or a short circuit, R3, D3, and D4 are connected to R9 in parallel, reducing U1's switching time to less than a second (typically 0.1 s). D4 is a 4.7 V Zener, for example.
Por lo tanto, al leer las características descritas anteriormente, el BMS ofrece: Therefore, reading the features described above, the BMS offers:
Un solo dispositivo que proporciona al mismo tiempo protección contra cortocircuitos, sobrecorrientes y descargas profundas; A single device that simultaneously provides protection against short circuits, overcurrents and deep discharges;
Detección de una sobrecorriente para la activación del corte mediante una medición de voltaje; Detection of an overcurrent for the activation of the cut-off by means of a voltage measurement;
Una corriente de desconexión que se adapta automáticamente a las características de las celdas del acumulador; sin derivación, sin sensor magnético, sin elemento calefactor. Curva de desconexión similar a una curva termomagnética, pero con una precisión mucho mayor (Figura 9); A disconnection current that automatically adapts to the characteristics of the battery cells; no shunt, no magnetic sensor, no heating element. The disconnection curve is similar to a thermomagnetic curve, but with much greater precision (Figure 9);
La curva de desconexión sigue el envejecimiento de los elementos acumuladores; The disconnection curve follows the aging of the storage elements;
No es necesario realizar más ajustes. No further adjustments are necessary.
Otras ventajas también resultan del sistema de gestión tal como se describe en la presente solicitud, que incluyen, pero no se limitan a: Other advantages also result from the management system as described in this application, including, but not limited to:
consumo estático muy bajo; very low static consumption;
circuitos siempre encendidos, sin modo “ encendido” ni “ en reposo” ; circuits always on, no “on” or “sleep” mode;
un nivel muy alto de seguridad operativa (MTBF alto); a very high level of operational safety (high MTBF);
uso de componentes estándar, no estratégicos y no específicos para el BMS; use of standard, non-strategic and non-specific components for the BMS;
Para realizaciones analógicas: No hay software, ni lógica secuencial, ni reloj, lo que evita problemas de software y, por lo tanto, el deterioro de la batería en caso de un problema de software; For analog implementations: There is no software, no sequential logic, no clock, which avoids software problems and therefore battery deterioration in the event of a software problem;
Sin emisión electromagnética, y mejor inmunidad electromagnética (debido al uso de componentes de bajo consumo). La presente solicitud describe diversas características técnicas y diversas ventajas con referencia a las figuras y/o a las diversas realizaciones. Los expertos en la técnica comprenderán que las características técnicas de una realización dada pueden, de hecho, combinarse con las características de otra realización, a menos que se especifique lo contrario, o a menos que la combinación no proporcione una solución a al menos uno de los problemas técnicos mencionados en esta solicitud. Además, las características técnicas descritas en una realización dada pueden aislarse de las otras características técnicas de esa realización, a menos que se especifique lo contrario. No electromagnetic emission, and improved electromagnetic immunity (due to the use of low-power components). The present application describes various technical features and advantages with reference to the figures and/or the various embodiments. Those skilled in the art will understand that the technical features of a given embodiment may, in fact, be combined with the features of another embodiment, unless otherwise specified, or unless the combination does not provide a solution to at least one of the technical problems mentioned in this application. Furthermore, the technical features described in a given embodiment may be isolated from the other technical features of that embodiment, unless otherwise specified.
Debe resultar evidente para los expertos en la técnica que la presente invención permite realizaciones en muchas otras formas específicas, sin apartarse del alcance de la invención tal como se reivindica. En consecuencia, las presentes realizaciones deben considerarse ilustrativas, pero pueden modificarse dentro del alcance definido por la protección buscada, y la invención no debe limitarse a los detalles dados anteriormente. It should be apparent to those skilled in the art that the present invention allows for embodiments in many other specific forms, without departing from the scope of the invention as claimed. Accordingly, the present embodiments should be considered illustrative, but may be modified within the scope defined by the protection sought, and the invention should not be limited to the details given above.
Anexo: Exhibit:
Esto corresponde a un ejemplo no limitativo de un programa integrador digital para implementar la respuesta del integrador en la Figura 4B: This corresponds to a non-limiting example of a digital integrator program to implement the integrator response in Figure 4B:
floatlastIntegratedValue = 0; floatlastIntegratedValue = 0;
constfloat_SLOPE = -0,25; constfloat_SLOPE = -0.25;
constfloat_ORDINATE_ORIGIN = 2,5; constfloat_ORDINATE_ORIGIN = 2.5;
constfloat_COEF_PROGRESSIVITY = 1; constfloat_COEF_PROGRESSIVITY = 1;
constfloat_VALUE_REF_INTEGRATION = 10; constfloat_VALUE_REF_INTEGRATION = 10;
constfloat_RAPID_THRESHOLD = 0,01; constfloat_RAPID_THRESHOLD = 0.01;
constfloat_WEIGHTING = 1; constfloat_WEIGHTING = 1;
loop(){ loop(){
floatGeneralvoltage = IO_Voltage(1) * 7;// recuperación del voltaje de la batería que se ha dividido y reescalado lastIntegratedValue = Integration(generalvoltage, lastIntegratedValue); floatGeneralvoltage = IO_Voltage(1) * 7;// retrieving the battery voltage that has been divided and rescaled lastIntegratedValue = Integration(generalvoltage, lastIntegratedValue);
if (lastIntegratedValue>= 1 ) Disconnection (); if (lastIntegratedValue >= 1 ) Disconnection ();
} }
floatIntegration (floatGeneralvoltage, floatlastValue){ floatIntegration (floatGeneralvoltage, floatlastValue){
if(generalvoltage<= _VALUE_REF_INTEGRATION){ if(generalvoltage<= _VALUE_REF_INTEGRATION){
if ((LastGeneralVoltage - generalVoltage)>_RAPID_THRESHOLD || (LastGeneralVoltage - generalVoltage)< -_RAPID_THRESHOLD) if ((LastGeneralVoltage - generalVoltage)>_RAPID_THRESHOLD || (LastGeneralVoltage - generalVoltage)< -_RAPID_THRESHOLD)
_WEIGHT = 5; _WEIGHT = 5;
else else
_WEIGHT = 1; _WEIGHT = 1;
float x = (_SLOPE * generalvoltage _ORDINATE_ORIGIN)*_WEIGHT; float x = (_SLOPE * generalvoltage _ORDINATE_ORIGIN)*_WEIGHT;
float y = integration(x, _COEF_PROGRESSIVENESS); float y = integration(x, _COEF_PROGRESSIVENESS);
int value = lastValue y; int value = lastValue y;
return value; return value;
} }
return 0; return 0;
} }
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